Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công trình nhằm tăng khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn của cầu khe trí khi xả lũ từ hồ ngàn trươi

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp cơng trình nhằm
tăng khả năng thốt lũ và ổn định lịng dẫn của cầu Khe Trí khi xả lũ từ Hồ Ngàn
Trươi” đã được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình của
phịng đào tạo Đại học và sau Đại học, khoa Cơng trình, các thầy cơ giáo trường
Đại học Thủy lợi. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tác
giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và đồng nghiệp.
Trước hết tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS. TS. Lê Văn Nghị
đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ làm việc tại Trung tâm nghiên
cứu Thủy lực – Phịng TNTĐ Quốc gia về động lực học sơng biển – Viện Khoa học
Thủy lợi Việt Nam, các bạn bè lớp CH18C11 đã hỗ trợ thu thập tài liệu, chun
mơn, góp ý để luận văn được hồn thành.
Trong khn khổ luận văn, do trình độ và điều kiện thời gian có hạn nên luận
văn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý
kiến đóng góp q báu của thầy cơ và những người quan tâm.
TÁC GIẢ


BẢN CAM KẾT
Tôi là: Văn Thị Kim Chung
Học viên lớp Cao học: CH18C11
Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu, đề xuất giải
pháp cơng trình nhằm tăng khả năng thốt lũ và ổn định lịng dẫn của cầu Khe
Trí khi xả lũ từ Hồ Ngàn Trươi” là cơng trình nghiên cứu của bản thân tơi. Các
thơng tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn nguồn
đầy đủ theo quy định. Nếu có gì sai trái tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm theo quy
định của nhà trường.
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2013
Học viên

Văn Thị Kim Chung


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... - 1 MỤC LỤC ............................................................................................................................ - 3 Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................................... - 4 -

1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng cầu ở hạ lưu tràn xả lũ ..............................- 4 1.2. Diễn biến dòng chảy lũ ở khu bị thu hẹp ........................................................- 5 1.3. Các cơng trình nghiên cứu tương tự và kết quả ..............................................- 5 1.4. Giới thiệu về cầu Khe Trí và hệ thống Thủy lợi Ngàn Trươi – Cẩm Trang ... - 7 1.4.1. Tên dự án .............................................................................................. - 7 1.4.2. Địa điểm xây dựng................................................................................ - 7 1.4.3. Cấp cơng trình và tần suất thiết kế ..................................................... - 16 Chương 2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH THỦY LỰC CẦU KHE TRÍ HIỆN
TRẠNG ............................................................................................................................... - 18 -

2.1. Mơ hình hóa thí nghiệm ................................................................................- 18 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thí nghiệm mơ hình........................................... - 18 2.1.2. Nội dung nghiên cứu thí nghiệm: ....................................................... - 18 2.1.3. Mơ hình được xây dựng ...................................................................... - 19 2.1.4. Trình tự thí nghiệm mơ hình ............................................................... - 22 2.1.5. Bố trí mặt cắt đo ................................................................................. - 22 2.1.6. Đánh giá sai số kết quả đo .................................................................. - 26 2.1.7. Số liệu phục vụ thí nghiệm mơ hình ................................................... - 28 2.2. Khái qt chung các phương án hiện trạng ...................................................- 29 2.3. Kết quả thí nghiệm khả năng thoát lũ qua cầu ..............................................- 30 2.4. Tình hình thủy lực dọc tuyến và khu vực cầu ...............................................- 31 2.5. Đường mực nước dọc tuyến ..........................................................................- 33 2.6. Xác định sóng hai bên bờ và khu vực cầu ...................................................- 34 -


2.7. Lưu tốc trung bình và mạch đơng lưu tốc C .................................................- 36 2.8. Đánh giá tình hình xói lở khu vực cầu va hai bên bờ ...................................- 37 2.9. Nhận xét và kiến nghị ...................................................................................- 38 2.10. Một số hình ảnh thí nghiệm ........................................................................- 39 Chương 3. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ THỦY LỰC CỦA CẦU KHE TRÍ
BẰNG MƠ HÌNH TỐN................................................................................................... - 44 -

3.1. Đặc điểm lịng dẫn Khe Trí ...........................................................................- 44 3.1.1. Điều kiện định hình, địa mạo khu vực Khe Trí .................................. - 44 3.1.2. Điều kiện địa chất vùng nghiên cứu ................................................... - 47 3.1.3. Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội ..................................................... - 48 3.2. Thiết lập mơ hình thủy lực mạng sơng..........................................................- 50 3.2.1. Phạm vi mô phỏng .............................................................................. - 50 3.2.2. Tính tốn thủy lực của dịng chảy khu vực cầu Khe Trí hiện trạng ... - 52 3.3. So sánh kết quả tính tốn và thí nghiệm mơ hình .........................................- 55 3.4. Kế luận chương 3 ..........................................................................................- 58 Chương 4. PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO CẦU KHE TRÍ BẢO DẢM THỐT LŨ KHI XẢ
TỪ HỒ NGÀN TRƯƠI ...................................................................................................... - 59 -

4.1. Định hướng giải pháp ....................................................................................- 59 4.2. Các phương án, giải pháp đề xuất nghiên cứu giảm mực nước thượng lưu cầu
Khe Trí .................................................................................................................- 59 4.3. Kết quả tính tốn thủy lực khi loại bỏ mỏm đá (PA1) ..................................- 60 4.4. Kết quả tính tốn thủy lực khi loại bỏ mỏm đá và nạo vét đáy cầu (PA2) ... - 64 4.5. Kết quả tính tốn thủy lực khi mở rộng nhịp cầu (PA3+4) ..........................- 68 4.6. So sánh kết quả tính tốn và lựa chọn giải pháp ...........................................- 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ - 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. - 86 -


PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các tỉ lệ dẫn trên mô hình ................................................................................... - 20 Bảng 2.2 Bảng vị trí các mặt cắt và số thủy trực trên mỗi mặt cắt ..................................... - 25 Bảng 2.3 Lưu lượng trên các nhánh sơng tại ngã 3 Ngàn Trươi Khe Trí (m3/s) ................ - 28 Bảng 2.4 Quan hệ Q~Z trên sông Ngàn Trươi ................................................................... - 28 Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm cao trình mặt nước tại mặt cắt trước và sau cầu .................. - 30 Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm cao trình mặt nước tại mặt cắt trước và sau cầu .................. - 31 Bảng 2.7 Đường mặt nước trung bình dọc tuyến cơng trình .............................................. - 33 Bảng 2.8 Biên độ dao động sóng tại hai bên bờ (hs) .......................................................... - 34 Bảng 2.9 Giá trị lưu tốc trung bình mặt cắt trên các mặt cắt đo ......................................... - 36 Bảng 2.10 Giá trị lưu tốc trung bình và lưu tốc thủy động các vùng dọc tuyến ................. - 37 Bảng 3.1 Cao độ đường mặt nước (m) khu vực cầu Khe Trí với các lưu lượng ................ - 54 Bảng 3.2 So sánh Cao độ đường mặt nước (m) tính tốn và thí nghiệm mơ hình.............. - 55 Bảng 3.3 So sánh chênh lệch cột nước (m) trước, sau cầu tính tốn và thí nghiệm ........... - 56 Bảng 3.4 So sánh chênh lệch cột nước (m) trước, sau cầu tính tốn và thí nghiệm ........... - 56 Bảng 4.1 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi loại bỏ mỏm đá . - 62 Bảng 4.2 Tổng hợp vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi loại bỏ mỏm đá ........ - 62 Bảng 4.3 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) khu vực cầu Khe Trí khi loại bỏ mỏm đá...... - 63 Bảng 4.4 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi nạo vét đáy cầu . - 66 Bảng 4.5 Tổng hợp vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi nạo vét đáy cầu ........ - 67 Bảng 4.6 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) tại khu vực cầu Khe Trí nạo vét đáy cầu....... - 67 Bảng 4.7 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi mở rộng 1 khoang
cầu ....................................................................................................................................... - 70 Bảng 4.8 Tổng hợp giá trị vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi mở rộng 1
khoang cầu .......................................................................................................................... - 71 Bảng 4.9 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) tại khu vực cầu Khe Trí khi mở rộng 1 khoang
cầu ....................................................................................................................................... - 72 -


Bảng 4.10 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi mở rộng 2 khoang

cầu ....................................................................................................................................... - 74 Bảng 4.11 Tổng hợp giá trị vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi mở rộng 1
khoang cầu .......................................................................................................................... - 75 Bảng 4.12 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) tại khu vực cầu Khe Trí khi mở rộng 1 khoang
cầu ....................................................................................................................................... - 76 Bảng 4.13 So sánh cao độ đường mặt nước (m) lưu lượng lớn nhất các phương án.......... - 79 Bảng 4.14 So sánh cao độ đường mặt nước (m) lưu lượng thiết kế các phương án ........... - 79 Bảng 4.15 So sánh vận tốc dòng chảy (m/s) lưu lượng lớn nhất các phương án................ - 80 Bảng 4.16 So sánh vận tốc dòng chảy (m/s) lưu lượng thiết kế các phương án ................. - 82 -

PHỤ LỤC HÌNH
Hình 1.1 Các thơng số kỹ thuật cơng trình chính ............................................................... - 12 Hình 2.1 Mặt bằng bố trí mơ hình và vị trí các mặt cắt đo ................................................. - 24 Hình 2.2 Quan hệ Q~Z trên sông Ngàn Trươi, cách ngã 3 với Khe Trí 150m ................... - 29 Hình 2.3 Đường biểu diễn quan hệ QTr~Zmax trước Cầu .................................................... - 31 Hình 3.1 Khe Vang, Khe Trí và mạng lưới sơng suối trong vùng dự án ............................ - 44 Hình 3.2 Bản đồ cao độ địa hình lịng dẫn Khe Trí ............................................................ - 45 Hình 3.3 Phạm vi nghiên cứu biến hình lịng dẫn của nhiệm vụ tư vấn ............................. - 51 Hình 3.4 Mạng sơng tính tốn ............................................................................................ - 51 Hình 3.5 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí , phương án hiện trạng ............. - 53 Hình 3.6 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu mỏm đá cuối Khe Trí phương án hiện
trạng .................................................................................................................................... - 53 Hình 3.7 Đường mực nước tính tốn và thí nghiệm với các cấp lưu lượng ....................... - 57 Hình 4.1 Mặt cắt mỏm đá cuối Khe Trí hiện trạng và nạo vét ........................................... - 60 Hình 4.2 Mặt cắt đoạn lòng dẫn sau cầu hiện trạng và nạo vét .......................................... - 61 Hình 4.3 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi loại bỏ mỏm đá .................. - 64 Hình 4.4 Quá trình mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi loại bỏ mỏm đá ........................ - 64 Hình 4.5 Mặt cắt cầu Khe Trí hiện trạng và nạo vét ........................................................... - 65 -


Hình 4.6 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi nạo vét đáy cầu .................. - 68 Hình 4.7 Quá trình mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi nạo vét đáy cầu ........................ - 68 Hình 4.8 Mặt cắt cầu Khe Trí hiện trạng và mở rộng 1 khoang ......................................... - 69 Hình 4.9 Mặt cắt cầu Khe Trí hiện trạng và mở rộng 2 khoang ......................................... - 69 Hình 4.10 Mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi mở rộng thêm 1 nhịp ....................... - 73 Hình 4.11 Mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi khi mở rộng thêm 1 nhịp ....................... - 73 Hình 4.12 Mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi mở rộng thêm 2 nhịp ....................... - 77 Hình 4.13 Mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi khi mở rộng thêm 2 nhịp ....................... - 77 -


-1-

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Cầu Khe Trí nằm trên đường Hồ Chí Minh, cách thị trấn Vũ Quang tỉnh Hà
Tĩnh về phía nam 5km, được bắc qua Khe Trí , cách hợp lưu Khe Trí và sơng Ngàn
Trươi 100m. Khe Trí có diện tích lưu vực khoảng 15km2 tính đến cầu Khe Trí , lưu
lượng ứng với tần suất P=0.1% là 900 m3/s. Cầu hiện trạng có khẩu độ là 2 nhịp,
mỗi nhịp dài 33m, mặt cầu có cao trình 19.2m, đáy dầm cầu ở cao18
0.05
0.05

0.02

0.05
0.13
0.03
0.07

0.03
0.03
0.05

0.948
0.766
0.661
0.667
2.872

0.16

0.349
0.71
0.696
2.17
0.396
0.336
0.404

0.03
0.31
0.09
0.11
0.23
0.17
0.11
0.04
0.03
0.04

0.16
0.04
0.31

5.327
1.115

5.038
0.327

5.271
7.105
5.891
6.154
4.84
5.379
6.471
0.147
0.478
0.211
3.637
4.016
3.323

0.18

0.02

2.765

0.3

0.61
0.23
0.32
0.75
0.27
0.35

0.06
0.06
0.17
0.04
0.03
0.17

1.1

0.1

0.47
0.39
0.41
0.2
1.14
1.33
0.97
5.18
5.02
4.93

0.2
0
0
0
0.4
0.1
0
0.1
0.1
0.1


- 15 -

Phụ lục 2.5. Kết quả thí nghiệm lưu tốc dọc tuyến cơng trình phương án hiện trạng: Q=737(m3/s)
TT

1

2

3

4

5

6

7

8

Mặt
cắt

MC 1

MC 2

MC 3

MC 4

MC 5

MC 6

MC 7

MC 8

T.Trực
Điểm
đo
M
G
Đ
M

G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

0.65

0.11

0.03

0.17

0.08

0.04
0.04
0.11

3.795

0.92

4.921
5.134
5.198
2.781

2.08

0.3

3.613
4.232
4.222

0.44
0.1
0.1

2.492
3.187
1.993
1.209
1.634

1.352
0.438

0.21
0.05
0.1
0.2
0.15
0.09
0.06

1.32
0.651
0.282
1.779

0.12
0.08
0.05
0.77

0.624

0.08

1.41
1.89
2.06

0.16

0.16
0.12

2.21

0.09

0.37
0.3
0.24
0.48
0.31
0.2

0.04
0.06
0.01
0.13
0.05
0.03

1.13
1.629
2.292
1.797

0.27
0.03
0.02
0.06

0.876

0.28

3.17

0.03

2.509

0.04

1.645

0.03

2.914

0.04

2.652
0.797

0.05
0.18

1.115
2.383
3.008

2.548

0.03
0.07
0.09
0.03

1.825

0.02

0.783
0.805
0.575
1.914
2.523
2.843
0.635
0.616
0.472

0.05
0.05
0.08
0.42
0.16
0.04
0.16
0.04
0.08

0.173
0.396
0.223
2.882
2.873
2.384

0.01
0.03
0.03
0.53
0.03
0.05

2.307

0.08

1.885
1.225

0.05
0.17

1.056

0.04

- 16 -

TT

9

10

11

12

Mặt
cắt

MC 9

MC 10

MC 11

MC 12

13

MC 13

14

MC 14

15

MC
14A

16

MC 15

T.Trực
Điểm
đo
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G
Đ
M
G

Đ
M
G
Đ
M
G
Đ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

Vtb

σv

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

0.137
0.26
0.137

0.05
0.04
0.03

2.826
2.652
2.343
1.877
2.044
2.028
2.623

0.04
0.03
0.01
0.05
0.04
0.04

0.06

1.205
1.834
1.734
2.221

0.23
0.07
0.04
0.05

0.757

0.28

0.467

0.19

1.966
3.457
3.466
3.407
4.359
4.561
4.541
1.996

0.02

0.04
0.03
0.08
0.14
0.03
0.06
0.09

1.517
2.515
2.709
2.597
5.088

0.06
0.02
0.03
0.07
0.06

4.684

0.04

4.917
0.984
5.277
5.626
4.996
5.251

5.455
0.818
0.313
0.186
2.81
2.975
3.14

0.07
0.47
0.08
0.04
0.06
0.08
0.06
0.11
0.08
0.05
0.2
0.18
0.14

1.125

0.31

0.96
1.09
1.219
1.686

0.07
0.06
0.05
0.03

0.444
0.639
0.544

0.06
0.04
0.07

0.703

0.11

1.639

0.14

0.37

1.98

1.75
1.52
1.25

0.05

0.15

0.02
0.04
0.05

1.843
0.738
0.41

0.09
0.16
0.1

0.375

0.02

0.196

0.04

0.331
0.55
0.703
0.579

0.03

0.03
0.06
0.04

2.539
1.353
1.833

0.16
0.12
0.18