Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm xả lũ thi công qua đập đá đổ bê tông bản mặt đang thi công

M T S K T QU NGHIÊN C U TH C NGHI M X L THI CÔNG
QUA
P Á
BÊ TÔNG B N M T ANG THI CÔNG
PGS.TS. Tr n Qu c Th

ng

Th.S Nguy n Vi t Hùng
Th.S Tr nh Huy Toàn
KS. Nguy n Th H

ng Trà

Vi n KHTL Vi t Nam
Tr

ng V n ô, Tr

ng

HTL

Tóm t t: Trong xây d ng các công trình th y l i, th y đi n l n th i gian d n dòng thi
công kéo dài vài ba n m; do đó khi x l u l ng d n dòng thi công vào mùa l qua c ng
x hay tuynel ... s r t t n kém. Vì v y, m t s n c đã nghiên c u và áp d ng bi n pháp
x l thi công qua đ p đang thi công. Bài vi t nêu m t s k t qu nghiên c u v x l thi
công qua đ p đá đ bê tông b n m t đang thi công.
T khóa:

p đá đ , ch đ th y l c.

EXPERIMENTAL RESEARCH RESULTS OF FLOOD DISCHARGE THROUGH
CONCRETE COVER ROCK FILL WEIR UNDER CONSTRUCTION
Summary: Construction of large water resources and hydro power projects requires
several years long-time construction flow that construction flood discharge through
conduit or tunnel is high cost investing. Therefore, in some countries, solution of flood
discharge through weir under construction has been being applied. This paper presents
some of experimental results of research for flood discharge through concrete cover rock
fill weir under construction.
Key words: rock fill weir, hydraulic regime.
I. M

U

1) Khái quát
Có r t nhi u ph ng án d n dòng thi công khác nhau nh : d n dòng thi công qua
h m, qua kênh d n, qua c ng d n dòng, qua l ch a l i trên thân đ p ...M t trong nh ng
ph ng án đó thì ph ng án d n dòng qua c ng (tuynel), đ p bê tông và đ p đá đ đang
thi công (đ p d ) là m t gi i pháp r t kh thi.
Ng

i ph n bi n: PGS.TS Nguy n Quang C

ng
1


Trong mùa ki t, khi l u l ng v nh , toàn b l u l ng đ c x v h l u qua
c ng (tuynel). Nh ng khi l v , m t ph n l u l ng đ c x qua c ng, ph n còn l i đ c
x qua m t đo n đ p đ p d t i m t cao trình đã đ nh. Khi đó c ng và đ p làm vi c k t

h p đ tháo l thi công cho công trình.
D n dòng thi công qua c ng (tuynel) k t h p v i đ p đ p d th ng đ c ng
d ng cho công trình bê tông, bê tông c t thép, đ p đá đ , đá đ bê tông b n m t....trong
đi u ki n đ a hình lòng sông h p không th b trí đ c kênh d n dòng thì ph ng pháp
này là mang l i hi u qu kinh t cao; đ i v i tr ng h p đi u ki n đ a hình đ i núi, đ a
ch t là r n ch c thì d n dòng thi công qua h m k t h p đ p bê tông xây d c ng là m t
bi n pháp kh thi.
Khi kh i l ng thi công công trình l n, th i gian thi công kéo dài, l u l ng d n
dòng thi công l n, chênh l ch l u l ng gi a hai mùa l và ki t nhi u (b ng 1). Quá
trình thay đ i l u l ng và cao trình trong mùa l dao đ ng l n, thì d n dòng thi công
qua c ng (tuynel) và đ p bê tông hay đá đ xây d r t có hi u qu .
B ng 1: L u l

ng mùa l và mua ki t m t s công trình.
L ul

TT

Tên CT

1

Sông Tranh 2

2

B n Chát

Ph

ng án x l thi công

C ng dd + tràn xây d

ng d n dòng
(m3/s)
Mùa l
Mùa ki t
6250
581

3

C ng dd + đê quai TL + tràn xây d
(PA hi u ch nh)
Tuyên Quang C ng dd + đê quai + đ p đá đ xây d

4

S n La

5

C a

6

Sông Bung 4

C ng d n dòng + tràn xây d

5450

558

7

B nV

C ng dd + đ p xây d (PA hi u ch nh)

3297

384

t

5000

333.8

5036

938

C ng dd + l x TC + tràn xây d

15600

4690

Tuynel + đ p đá đ xây d

5050

361

Qua b ng 1 cho th y l u l ng mùa l g p h n 10 l n l u l ng mùa ki t. N u
xây d ng công trình x l u l ng thi công mùa ki t và mùa l b ng c ng (tuynel) thì r t
t n kinh phí.
Do đó x l thi công k t h p qua c ng (tuynel) và đ p bê tông hay đá đ đang thi
công đem l i hi u qu kinh t k thu t l n nh :
Công trình th y đi n B n Chát n u theo s đ d n dòng ban đ u x l d n dòng c
mùa ki t và mùa l qua 3 c ng d n dòng thì kh i l ng xây d ng c ng r t t n kém, nên
đã dùng gi i pháp x l thi công qua 2 c ng và m t đo n đ p bê tông đang thi công, kinh
2


phí gi m h n 20 t đ ng.
Công trình C a t, n u x l thi công mùa l qua 4 tuynel thì ph i t n kinh phí
kho ng 500 t đ ng, thi công l i ph c t p; do đó đã dùng gi i pháp x l thi công qua 1
tuynel và m t đo n đ p đá đ đang thi công (đ p d ), ti t ki m kho ng 300t đ ng.
Tuy nhiên do ch a có nhi u tài li u tham kh o đ tính toán thi t k x l thi công
qua đ p đá đ đang thi công (đ p d ), th ng ph i qua thí nghi m.
M c đích nghiên c u là ch n đ c cao trình đ nh đ p đo n đ p đá đ đ p d đ
x l thi công h p lý, xác đ nh kh n ng th m hút c a đo n đ p đó.
D i đây nêu tóm t t m t s k t qu nghiên c u th c nghi m x l thi công qua
đo n đ p đá đ bê tông b n m t đang thi công.
II. K t qu nghiên c u thí nghi m mô hình.
1. Mô hình hóa

nghiên c u tình hình thu l c khi x l thi công qua đo n đ p đá đ đ p d , đã
xây d ng mô hình m t c t v i t l 1/40, theo tiêu chu n t ng t v tr ng l c
(Frounde). Ki m tra các đi u ki n t ng t cho th y tr s Reynold trên mô hình
Remin = 6200 > Regh = 5000, nh v y đ m b o v đi u ki n làm vi c khu t đ ng
hóa mô hình, đ ng th i đi u ki n c p n c và đi u kiên làm vi c c a các thi t b c ng
đáp ng đ c.
+ Thân đ p đá đ đ p d .
o n đ p đá đ đ p d đ n cao trình 45 m ( ph ng án ch n) x l tràn qua.
Theo k t c u v t li u đ p thân đ p đá đ đã cho t l % đ ng kính h t, t đó mô ph ng
t ng t chuy n đ i sang mô hình, d a theo t l % c p ph i h t s d ng các v t li u đã
đ c gia công qua các lo i sàng đ t h p pha tr n dùng đ p mô hình, khi đ p đ p mô
hình ph i thông qua thí nghi m ph tr đ xác đ nh chi u dày đ v t li u, s l n đ m đ
đ t đ c s t ng t v h s đ r ng c a n=23%. Ph n mái th ng l u đ p b n m t
đ c b ng v a xi m ng cát vàng có l i thép.
Qua trình bày trên cho th y khi đ p mô hình d n dòng x l thi công qua đo n đ p
đá đ đ p d là t m , công phu đ đ m b o t ng t v hình th c k t c u nh m ph n
ánh đ c các hi n t ng trong th c t có th x y ra, đ ng th i đ m b o đ c k t qu thí
nghi m.
S đ c t d c đo n đ p đá đ đ p d x l thi công đ

3

c th hi n

hình 1:


Hình 1: C t d c đo n đ p đ p d .

4- Chi ti t A.

Ghi chú .
Kích th

c, cao đ ghi là (m).

(1): L p bê tông b n m t.
(2)- á đ đàm nén, n =23% .
(3) – Khung thép b đá.
(4)- Chi ti t A.
2. K t qu thí nghi m mô hình lòng c ng
xác đ nh k t c u đo n đ p đá đ đ p d h p lý c n ch n cao trình đ nh đ p phù
h p, đ m b o các thông s th y l c c b n nh nh t đ gi m kinh phí gia c , xây d ng
công trình d n dòng. Trên mô hình đã ti n hành c ng hóa toàn b m t đ p, các b c n
lòng d n h l u…( nh 1) v i 3 cao đ đ nh đ p là 45;48 và 50m.

4

c,


nh 1: Mô hình m t c t ậ lòng c ng.
Ti n hành xác đ nh các thông s th y l c ch y u:
d c đ ng m t n c trên
đ nh đo n đ p đá đ đ p d ; v n t c dòng ch y m t s v trí sau: Tim đ p chính, cu i
m t đ p chính, vùng n c h l u dao đ ng (n c nh y) và chân đ p chính.
K t qu nêu b ng 2 và 3.
B ng 2.
d c đ ng m t n c trên đ nh đ p (i)
TT L u l

ng x (m3/s)

45 (m) 48 (m)

50 (m)

1

1000

0.003

0.005

0.006

2

2000

0.005

0.007

0.008

3

4500

0.008

0.009

0.013

Ghi chú

B ng 3. V n t c dòng ch y (m/s) v i Q = 4500 (m3/s)
TT

M t c t đo

45 (m)

48 (m)

50 (m)

1

Tim đ p chính

5.10

5.60

6.10

2

Cu i đ nh đ p chính

5.42

6.20

6.90

10.90

12.10

13.85

5.14

6.49

7.60

3

Vùng n

c h l u dao

đ ng (n

c nh y) trên

các b c cu i
4

Vùng chân đ p chính

Ghi chú: V n t c trên bao g m c m ch đ ng v n t c.

5

Ghi chú


K t qu thí nghi m mô hình cho th y v i cùng m t c p l u l

ng 4.500 m3/s so v i

cao trình đ nh đ p 45(m), cao trình đ nh đ p 48 và 50 (m) m t s thông s th y l c
chính có s chênh l ch nh sau:
-

V đ d cđ

ng m t n

-

V v n t c dòng ch y t i cu i đ nh đ p t ng 0.8 và 1.5 (m/s).

-

V v n t c dòng ch y t i vùng n
(hình 2) và ( nh 2) t ng t

c trên đ nh đ p t ng t

ng ng 0.4 và 0.5%

c h l u dao đ ng (n

c nh y) trên các b c

ng ng 1.2 và 3.0 (m/s).

Hình 2: N

c nh y

h l u đ p.

nh 2: N

c nh y

h l u đ p.

Nh v y ch n cao trình đ nh đo n đ p đá đ đ p d là 45 m, cho các y u t th y
l c t t h n và gi m gia c b o v công trình d n dòng, ti t ki m kinh phí.
Nh đã nêu trên dòng ch y qua đo n đ p đá đ chia làm 2 ph n là dòng ch y m t
và dòng th m r i. Do đó c n xác đ nh l u l

D

i đây nêu k t qu xác đ nh l u l

ng c a hai thành ph n này.
ng th m qua đo n đ p đá đ đ p d trên

lòng m m.
6


3. K t qu thí nghi m xác đ nh l u l
xác đ nh l u l
b cn

ng th m hút.

ng th m ti n hành trên mô hình lòng m m, ph n m t đ p và các

c (hình 1) bóc h t l p xi m ng cát đã c ng hóa.
Ti n hành thí nghi m xác đ nh chi u dài đo n hút n

6c pl ul

ng. K t qu nêu

c trên đ nh đ p (hình 3) cho

b ng 4 và hình 4.
239m

(3)

L

H

(1)

(4)
(2)

Hình 3. S h a chi u dài đo n hút n

c.

Ghi chú
1- Bê tông b n m t.
2-

á đ d=0.8 (m).

3- Chi u dài hút n

c.

4- Mái h l u m=1.5.
B ng 4: Quan h chi u dài đo n hút n

c và l u l

TT

Q (m3/s)

q(m3/s.m)

Chi u dài th m
hút L(m)

1

100

0.48

40

2
3
4
5
6

150
200
300
400
500

0.71

0.95
1.43
1.9
2.38

110
160
200
214
218

7

ng th m đ n v

Ghi chú
p đá đ bê tông
b n m t; đ ng
kính đá d=0,8m (đã
qui đ i ra hình
c u),
đ
r ng
n=23%. Mái h l u
đ p m=1.5


Hình 4. Quan h qL, n=23%
K t qu thí nghi m cho th y v i đ p đá đ đ m nén đ t đ r ng n =23%,
l u l ng th m đ n v t ng d n v i chi u dài hút n c. So sánh v i k t qu nghiên

c u [7] cho th y v i đ r ng n=49%, ng v i chi u dài hút n c 6m thì l u l ng
đ n v th m là 1.8 m3/s.m (b ng 5); trong khi đó v i đ r ng n=23% ng v i
chi u dài hút n c 206m, thì l u l ng th m đ n v m i đ t 1.8 m3/s.m. i u đó
cho th y đ r ng càng nh thì l u l ng đ n v t ng quan v i chi u dài hút n c
c ng nh .
B ng 5. Quan h chi u dài hút n
TT

q (m3/s.m)

Chi u dài
hút n c (m)

1

0.80

2

2

1.40

4

3

1.60

5

4

1.80

6

c và l u l

ng th m đ n v
Ghi chú

p đá đ không đ m nén,
đ ng kính đá d=50cm (đã
qui đ i ra hình c u), đ r ng
n=49%, mái h l u m=1,5

III. K T LU N
Qua thí nghi m ph

ng án x l thi công qua đo n đ p đá đ đ p d có th rút ra

m t s k t lu n nh sau:
1. H th p cao trình đ nh đo n đ p đá đ đ p d c i thi n ch đ th y l c dòng
ch y qua công trình d n dòng, nh : Gi m đ u n
8

c

lòng h , trên đê quai

th

ng và đ nh đ p đá đ , v n t c dòng ch y trên các b c n

c và h l u đ p

đ u gi m nên gia c công trình d n dòng s gi m đem l i hi u qu kinh t k
thu t.
2. Nh ng v n đ c n nghiên c u ti p:
-

Nghiên c u gia c h l u đ p b ng các khung thép b đá và bê tông c t thép.

-

Nghiên c u ch đ th y l c và gia c k t c u cho các tr
n đ nh và phá v có n

-

c đ m và không có n

ng h p đê quai h l u

c đ m.

Nghiên c u dòng th m khi x l thi công qua đo n đ p đá đ đ p d .
TÀI LI U THAM KH O

[1]. Vi n N ng L
Tuyên Quang.

ng (2002), Báo cáo k t qu thí nghi m mô hình công trình th y đi n

[2]. Vi n Khoa h c Thu l i (2004), Báo cáo k t qu thí nghi m mô hình các công trình
d n dòng và tuynen x l công trình C a t, Thanh Hóa.
[3]. Tr n Qu c Th

ng, (2005): Thí nghi m mô hình th y l c - NXB xây d ng, Hà N i.

[4]. Tr n Qu c Th

ng (2008): Báo cáo t ng k t đ tài c p nhà n

c mã s 6-201J

[5]. Giang Th và nnk, X l thi công qua công trình xây d ng d trong xây d ng các công
trình th y l i, th y đi n. T p chí KH&CN th y l i - Vi n KHTLVN s 4-2011.
[6]. Giang Th và nnk, Nghiên c u th c nghi m x l thi công qua đ p đá đ đang thi công
công trình th y đi n Tuyên Quang. T p chí KH&CN th y l i - Vi n KHTLVN s 13-2013.
[7]. H c vi n th y l i Hoa ông [2001], s tay thi t k th y công t p 4...

9