Nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của hố xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tông trọng lực và áp dụng cho đập tân mỹ tỉnh ninh thuậ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.75 MB, 99 trang )
Bộ Giáo dục và đào tạo
Bộ Nông nghiệp và PTNT
Trường đại học Thuỷ lợi
---------------------
Đỗ Danh tuyên
nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của hố
xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tông trọng
lực và áp dụng cho đập tân mỹ tỉnh ninh thuận
Luận văn thạc sĩ kü thuËt
Hµ Néi - 2010
Bộ Giáo dục và đào tạo
Bộ Nông nghiệp và PTNT
Trường đại học Thuỷ lợi
---------------
Đỗ Danh tuyên
nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của hố
xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tông trọng
lực và áp dụng cho đập tân mỹ tỉnh ninh thuận
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành : xây dựng công trình thuỷ
MÃ số : 60-58-40
Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS. TS Ngun danh oanh
Hµ Néi, 2010
Mẫu trang phụ bìa luận văn (sau trang bìa)
Bộ Giáo dục và đào tạo
Bộ Nông nghiệp và PTNT
Trường đại học Thuỷ lợi
---------------
Họ và tên tác giả luận văn
Tên đề tài luận văn
Chuyên ngành:
MÃ số:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Người hướng dÉn khoa häc:
1.
2.
Hµ Néi, 2007
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
1
LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu tính tốn và đánh
giá ảnh hưởng của hố xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tông trọng
lực” được hồn thành với kết quả cịn nhiều khiêm tốn, tác giả hy vọng đóng
góp được một phần nhỏ bé cho việc nghiên cứu, thiết kế xây dựng các cơng
trình thủy lợi - thủy điện ở nước ta.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Danh Oanh
(Viện Năng Lượng Việt Nam) đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tác giả trong
quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn thủy cơng,
thi cơng, Khoa sau đại học, Khoa cơng trình - Trường đại học Thủy lợi,
Trung tâm Thủy điện( nay là Viện Thuỷ điện và Năng Lượng tái tạo) - Viện
khoa học Thủy lợi, công ty tư vấn xây dựng Thuỷ Lợi 1 (HEC1) đã tạo điều
kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và thu thập các tài liệu, thơng tin
khoa học kỹ thuật, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và
các đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn
thành luận văn.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các
Thày cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn!
Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2010
Tác giả
Đỗ Danh Tun
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2
Khóa 2007 - 2010
PHẦN MỞ ĐẦU
1.Ý nghĩa thực tiễn, sự cần thiết
Với địa hình nằm trải dài theo hình cong chữ S, phía Tây là đồi núi cao,
phía Đơng là các vùng đồng bằng lớn ven biển, Việt Nam là một trong những
nước có hệ thống sông, suối dày đặc. Đây là một tiềm năng lớn để xây dựng
và phát triển các cơng trình thủy điện, thủy lợi phục vụ cho cơng cuộc cơng
nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, góp phần vào q trình phát triển xã hội,
cải thiện đời sống nhân dân.
Hiện nay chúng ta đã và đang xây dựng nhiều cơng trình thủy lợi, thủy
điện có quy mơ lớn mà cơng trình xả lũ là đập bê tơng trọng lực với tính ưu
việt của nó. Với cơng trình có cột nước cao, điều kiện địa chất tốt, trên nền
đá, tiêu năng sau tràn sử dụng hình thức mũi phun là biện pháp tiêu năng vừa
an tồn, vừa kinh tế, ln được ưu tiên hàng đầu. Ở Trung Quốc hình thức
này được sử dụng tới 85%, ở các nước khác khoảng 75% và ở Việt Nam đại
đa số các cơng trình thủy điện loại lớn và vừa được ứng dụng loại tiêu năng
mũi phun (60÷70%), như: cơng trình thủy điện Hịa Bình, thuỷ điện Sơn La,
thuỷ điện Tuyên Quang, thuỷ điện Quảng Trị, thuỷ điện Ialy, thuỷ điện Cửa
Đạt, thuỷ điện Tả Trạch, thuỷ điện Sông Hinh, thuỷ điện Sê San 3, thủy điện
Sơng Tranh 2, ...
Nguồn năng lượng dư thừa của dịng nước xả qua đập tràn là rất lớn,
nếu khơng có biện pháp tiêu năng sẽ tạo nên những chế độ nối tiếp thủy lực
phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của cơng trình dâng nước và phía
hạ lưu cơng trình tràn.
Như vậy hạng mục cơng trình tràn xả nước là một trong những yếu tố
quan trọng quyết định hiệu quả làm việc của tổng thể một dự án thủy lợi, thủy
điện. Tuy nhiên với cơng trình xả có quy mơ lớn thì việc gây xói lở ở hạ lưu
cơng trình và hình thành hố xói sau đập tràn là khơng thể tránh khỏi, nó sẽ
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
3
Khóa 2007 - 2010
ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của cơng trình tháo và tồn bộ cơng trình.
Nếu chúng ta nghiên cứu, tính toán và dự báo trước được mức độ ảnh hưởng
của hố xói hình thành sau tràn vận hành đến tính ổn định của đập tràn thì hiệu
quả kinh tế mang lại là rất cao và đảm bảo tính ổn định trong suốt quá trình
vận hành của tràn. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu tính tốn và đánh giá ảnh
hưởng của hố xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tơng trọng lực”
là hết sức cần thiết, có nghĩa đối với khoa học và thực tiễn.
2. Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
Phân tích, tính tốn ổn định lật, trượt và ứng suất nền khi có sự hình
thành hố xói sau cơng trình tháo lũ và đánh giá ảnh hưởng về hình dạng và
kích thước của chúng đến ổn định của đập bê tông trọng lực.
2.2. Phương pháp nghiên cứu:
-
Nghiên cứu tổng quan về các quy trình quy phạm, phương pháp tính
tốn
- Ứng dụng tính tốn cho cơng trình cụ thể
3. Bố cục của luận văn
Chương 1: Tổng quan về tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực.
Chương 2: Tính tốn dự báo xói sau đập vận hành dưới tác động của
dịng phun.
Chương 3: Tình hình nghiên cứu tính tốn ổn định đập bê tông trọng
lực.
Chương 4: Nghiên cứu ổn định đập bê tơng trọng lực khi có xét đến sự
hình thành hố xói sau đập vận hành
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
4
Mục lục
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG
T
7
2
LỰC ................................................................................................................... 5
T
7
2
1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực trên thế giới ........................................ 7
T
7
2
T
7
2
1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam ...................................... 13
T
7
2
T
7
2
1.3. Cơng trình tháo lũ và nối tiếp thuỷ lực hạ lưu. ................................................... 17
T
7
2
T
7
2
Kết luận chương 1 ................................................................................................ 21
T
7
2
T
7
2
Chương 2: TÍNH TỐN DỰ BÁO XĨI SAU CƠNG TRÌNH THÁO LŨ DƯỚI
T
7
2
TÁC ĐỘNG CỦA DỊNG PHUN ...................................................................... 22
T
7
2
2.1.Các hình thức tiêu năng ....................................................................................... 22
T
7
2
T
7
2
2.2 Q trình xói lở nền đá dưới tác động của dòng phun ........................................ 23
T
7
2
T
7
2
2.3. Phương pháp tính tốn xác định hình dạng hố xói ............................................. 25
T
7
2
T
7
2
2.4. Tính tính tiêu năng cho cơng trình tháo lũ ở thuỷ điện Tân Mỹ......................... 28
T
7
2
T
7
2
Kết luận chương 2 ................................................................................................ 37
T
7
2
T
7
2
Chương 3: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC ................. 37
T
7
2
T
7
2
3.1. Khái qt............................................................................................................. 38
T
7
2
T
7
2
3.2. Các phương pháp tính tốn kiểm tra ổn định đập bê tông trọng lực .................. 47
T
7
2
T
7
2
3.3.Những vấn đề tồn tại trong tính tốn kiểm tra ổn định đập bê tông trọng lực .... 61
T
7
2
T
7
2
Kết luận chương 3 ................................................................................................ 67
T
7
2
T
7
2
Chương 4: TÍNH ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC CƠNG TRÌNH
T
7
2
THÁO LŨ TÂN MỸ ......................................................................................... 68
T
7
2
4.1.Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 68
T
7
2
T
7
2
4.2.Tính tốn ổn định đập bê tơng trọng lực cơng trình tháo lũ Tân Mỹ khi khơng xét
T
7
2
đến sự hình thành hố xói sau đập .............................................................................. 68
T
7
2
4.3.Nội dung của phương pháp phân tích ổn định đập bê tơng trọng lực khi có xét
T
7
2
đến hố xói sau đập vận hành...................................................................................... 76
T
7
2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 90
T
7
2
T
7
2
Tµi liƯu tham kh¶o..................................................................................... 93
T
7
2
T
7
2
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
5
Danh mục bảng biểu
Bảng 1-1 :Một số cơng trình đập bê tơng lớn ở Trung Quốc .................................... 12
T
7
2
T
7
2
Bảng 1-2 :Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945................ 13
T
7
2
T
7
2
Bảng 1-3 :Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam những năm gần đây ... 15
T
7
2
T
7
2
Bảng 1-4 :Tần suất lũ thiết kế các cơng trình thủy điện (TCVN-285-2002)............... 17
T
7
2
T
7
2
Bảng 1-5: Tần suất lũ thiết kế các cơng trình thủy điện của Trung Quốc .................. 18
T
7
2
T
7
2
Bảng 2 - 1: Bảng thông số kỹ thuật hệ thống thủy lợi tân mỹ .................................. 29
T
7
2
T
7
2
phương án kiến nghị chọn (dự án đầu tư) .............................................................. 29
T
7
2
T
7
2
Bảng 3-2: Chỉ tiêu hiệu ích kinh tế dự án hệ thống thủy lợi Tân Mỹ ........................ 31
T
7
2
T
7
2
Bảng 2- 3: Các phương án tính tốn kích thước hố xói ........................................... 32
T
7
2
T
7
2
Bảng 2-4:Kết quả tính tốn Lx với các góc nghiêng của mũi phóng ......................... 34
T
7
2
T
7
2
Bảng 2 - 5: Kết quả tính tốn hx với các hệ số xói ................................................. 35
Bảng 3-4: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn về ổn định tổng thể và ứng suất cho phép của
đập. ................................................................................................................... 56
T
7
2
T
7
2
T
7
2
T
7
2
Bảng 3-5: Kết quả tính kiểm tra ổn định đập theo hệ số dự trữ ................................ 64
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-1:Tổng hợp kết quả tính tốn các lực tác dụng lên đập ................................ 72
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-2 Tổng hợp kết quả tính tốn các lực tác dụng lên đập ................................ 73
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-3: Tổng hợp kết quả tính tốn các lực tác dụng lên đập ............................... 74
Bảng 4-4: Tổng hợp kết quả tính tốn ổn định đập tràn khi khơng xét đến sự ảnh hưởng
của hố xói .......................................................................................................... 75
T
7
2
T
7
2
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-5: Các trường hợp tính tốn hố xói ............................................................ 79
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-6: Tổng hợp kết quả tính tốn các lực tác dụng lên đập ............................... 80
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-7: Tổng hợp kết quả tính tốn các lực tác dụng lên đập ............................... 81
T
7
2
T
7
2
Bảng 4-8: Tổng hợp kết quả tính tốn các lực tác dụng lên đập ............................... 82
T
7
2
T
7
2
Danh mục hình vẽ
Hình 1-2: Dấu vết của đập Jawa ............................................................................. 7
T
7
2
T
7
2
Hình 1-3 :Đập Chambon, Pháp .............................................................................. 8
T
7
2
T
7
2
Hình 1-4 :Mặt cắt ngang đập Chambon ................................................................... 9
T
7
2
T
7
2
Hình 1-5 :Tốc độ phát triển đập từ năm 1900 đến năm 2000 ..................................... 9
T
7
2
T
7
2
Hình 1-6 :Tốc độ xây dựng đập trên thế giới trong thế kỷ 20................................... 10
T
7
2
T
7
2
Hình 1-7 :Tỷ lệ % phân bố đập trên thế giới .......................................................... 10
T
7
2
T
7
2
Hình 1-8 :Phân bố theo thể loại ............................................................................ 11
T
7
2
T
7
2
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
6
Hình 1-9 :Phân bố theo chiều cao ......................................................................... 11
T
7
2
T
7
2
Hình 1-10: Đập Tam Hiệp, .................................................................................. 11
T
7
2
T
7
2
sơng Dương Tử .................................................................................................. 11
T
7
2
T
7
2
Hình 1-11 :So sánh số lượng đập lớn .................................................................... 11
T
7
2
T
7
2
ở Trung Quốc với các châu lục ............................................................................ 11
T
7
2
T
7
2
Hình 1-12 :Tồn cảnh đập bê tơng trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu. .................... 16
T
7
2
T
7
2
Hình 1-14 :Hình ảnh 3D tồn cảnh đầu mối cơng trình Sơn La................................ 17
T
7
2
T
7
2
Hình 2-1: Sơ đồ xác định chiều sâu bể khi tiêu năng dịng đáy ................................ 22
T
7
2
T
7
2
Hình 2-2: Hố xói sau mũi bậc ở tiêu năng dịng mặt ............................................... 22
T
7
2
T
7
2
Hình 2-3: Dạng nối tiếp dịng phun ...................................................................... 23
Hình 2-4: Các thơng số chính và các chu trình cơ- lý học liên quan đến hiện tượng xói
(theo Bollaert & Schleiss 2001c) .......................................................................... 23
T
7
2
T
7
2
T
7
2
T
7
2
Hình 2-5: Tiêu năng mũi phóng ........................................................................... 25
T
7
2
T
7
2
Hình 2- 6: Mặt cắt tràn đại diện cơng trình Tân Mỹ ............................................... 32
T
7
2
T
7
2
Hình 2-7: Sơ đồ tính tiêu năng hố xói đập Tân Mỹ ................................................. 33
T
7
2
T
7
2
Hình 2-8 :Quan hệ L x và góc nghiêng mũi phun α ................................................. 36
T
7
2
R
R
T
7
2
Hình 2-9 : Quan hệ chiều sâu hố xói t x và hệ số xói K ............................................ 36
T
7
2
R
R
T
7
2
Hình 3-15: Cấu tạo cơ bản đập bê tơng trọng lực ................................................... 43
T
7
2
T
7
2
Hình 3-16: Sơ đồ tính tốn mặt cắt cơ bản............................................................. 44
T
7
2
T
7
2
Hình 3-17: Một số mặt cắt cơ bản đập bê tông trọng lực ......................................... 45
T
7
2
T
7
2
Hình 3-18 :Một số dạng mặt cắt điển hình đập bê tơng trọng lực đã xây dựng .......... 46
T
7
2
T
7
2
Hình 3-19 :Sơ đồ tính ổn định trượt ngang ............................................................ 51
T
7
2
T
7
2
Hình 3-20 :Sơ đồ tính tốn ổn định mặt trượt nằm nghiêng ..................................... 53
T
7
2
T
7
2
Hình 3-21 :Sơ đồ tính tốn ổn định mặt trượt nằm ngang, nền có lớp xen kẹp........... 54
T
7
2
T
7
2
Hình 3-22 :Vị trí của hợp lực trong các trường hợp ................................................ 56
T
7
2
T
7
2
Hình 3-23: Vị trí cửa hợp lực trong các trường hợp ................................................ 58
T
7
2
T
7
2
Hình 3-24: Hình dạng mặt trượt (a) và sơ đồ tính ổn định (b) .................................. 58
T
7
2
T
7
2
Hình 3-25: So sánh giữa K1và K2 khi C=0 và giữa K1 và K2 khi φ=0 ..................... 59
T
7
2
T
7
2
Hình 3-27 :Quá trình hình thành mặt phá hoại ở mặt tiếp giáp giữa đập và nền ......... 66
T
7
2
T
7
2
T
7
2
Hình 4-4: Chiều dài của phễu trong đ ất khơng dính theo M.A.Mikhalep ................ 76
T
7
2
Hình 4-5: Chiều dài của phễu trong đá theo G.A.Yuđixki ....................................... 76
T
7
2
T
7
2
Hình 4-6: Hố xói vào trong phạm vi móng cơng trình ............................................ 77
T
7
2
T
7
2
Hình 4-7:Hố xói nằm ngồi phạm vi móng cơng trình ............................................ 78
T
7
2
T
7
2
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ
TƠNG TRỌNG LỰC
1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực trên thế giới [5]
Đập trọng lực được cho là đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại
Jordan tên là đập Jawa, xây vào khoảng 3000 năm trước Công nguyên. Đập
Jawa có chiều cao 4,5m, dài 80m là đầu mối của một hồ chứa nước làm nhiệm
vụ cung cấp nước cho khoảng 2000 người.
Hình 1-1:Bản đồ hệ thống cấp nước Jawa
Hình 1-2: Dấu vết của đập Jawa
Những vết tích cịn lại cho thấy kết cấu bên trong đập gồm hai tường
xây khép kín, giữa được đắp đất tạo thành lõi dày 2m, phía thượng lưu đập có
một lớp chống thấm. Đập được đảm bảo ổn định bởi khối đất đắp phía hạ lưu
có hệ số mái m = 1,0.
Đến năm 54 - 64 sau Công Nguyên, ở Subiaco thuộc Italy. Người ta đã
cho xây một con đập cao 40m, rộng 13,5m và dài 80m. Đây là đập trọng lực
cao nhất trong số 3 chiếc được xây vào thời La Mã cổ đại ở Italy và tồn tại
cho đến năm 1305.
Vào những năm 284 sau cơng ngun, có rất nhiều đập trọng lực được
xây dựng ở khu vực bán đảo Iberian, Bắc Phi và Trung Đông, những người
La Mã cổ đại đã tạo một hồ chứa lớn nhất thời đó tại Homs Syria. Đập có
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
8
chiều dài kỷ lục là 2.000m, cao 7m và rộng 14m, dung tích hồ khoảng 90 triệu
m3.
P
P
Đập bê tơng trọng lực được áp dụng khá rộng rãi và phổ biến những
năm 30 của thế kỷ 20, nhiều đập bê tông cao đã được xây dựng với mục đích
như tưới, phát điện và cấp nước sinh hoạt… và vấn đề an toàn ổn định là vấn
đề quan tâm hàng đầu khi triển khai xây dựng các đập lớn.
Đập Chambon được xây dựng (19291934) trên sơng Romanche thuộc tỉnh
Rhơne-Aples miền Tây Nam nước Pháp
có chiều cao 136,7m là bê tông trọng lực
cao nhất Châu Âu trong khoảng 20 năm,
bề rộng đỉnh đập là 5m, móng là 70m.
Thể tích đập 415.000 m3. Dung tích hồ
P
Hình 1-3 :Đập Chambon, Pháp
P
51 triệu m3 nước, lưu vực hồ rộng 220
P
P
km2 trong vùng Alpes nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp.
P
P
Đập bê tông trọng lực cao nhất là đập Grand Dixence được khởi cơng
năm 1951 và hồn thành vào năm 1962 tại Swiss Alps với chiều cao 285m.
Tốc độ xây dựng đập trên thế giới tăng nhanh vào những năm 1950 đến
1980, thời kỳ này có khoảng 5.000 đập lớn được xây dựng trên toàn thế giới.
Tập trung chủ yếu ở các nước phát triển ở khu vực Bắc Mỹ và Châu Âu, nơi
có nền khoa học kỹ thuật tương đối phát triển
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
9
Hình 1-4: Mặt cắt ngang đập Chambon
.
Theo thống kê của hội đập cao
thế giới (ICOLD), tính đến năm
2000, trên thế giới đã có khoảng
45.000 đập lớn phân bố ở 140
nước. Năm nước hàng đầu về
xây dựng đập trên thế giới bao
gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ,
Tây Ban Nha và Nhật Bản. Số
Hình 1-5: Tốc độ phát triển đập từ năm 1900
lượng đập trong các nước này
đến năm 2000
chiếm khoảng 80% tổng số các
đập lớn trên thế giới. Chỉ riêng
Trung Quốc đã xây dựng khoảng 22.000 đập lớn trong thế kỷ 20 và tập trung
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
10
vào khoảng thời gian sau năm 1949 (trước năm 1949 Trung Quốc chỉ có 22
đập lớn), các nước khác là Mỹ khoảng 6.575, Ấn độ 4.291, Nhật Bản 2.675
và Tây Ban Nha khoảng 1.196 đập.
Hình 1-6:Tốc độ xây dựng đập trên thế gii trong th k 20
Nhật
6%
Các nước khác
23%
Mỹ
14%
ấn Độ
9%
Tây Ban Nha
2%
Trung Quèc
46%
Hình 1-7:Tỷ lệ % phân bố đập trên thế giới
Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các
loại đập đã được xây dựng trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tông
trọng lực chiếm khoảng 30%.
Trung Quốc hiện nay đang đứng đầu thế gới về số lượng đập được xây
dựng. Trong quá khứ, đập đã được xây dựng từ thời xa xưa ở Trung Quốc, tại
tỉnh Thiểm Tây, người ta đã cho xây dựng hệ thống thủy lợi Zhibo (năm 453
Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
11
tr.CN) và Dujiangyan (năm 219 tr.CN) với đập dâng bằng đá xây cao 3,8m rất
nổi tiếng.
Hình 1-8:Phân bố theo thể loại
Hình 1-9:Phân bố theo chiều cao
Đến đầu thế kỷ XX, những đập bê tông được xây dựng ở vùng Đông
Bắc cùng với những đập dâng bằng đá xây để cấp nước sinh hoạt và một số
đập đất để lấy nước tưới. Cho đến năm 1949 mới chỉ có 22 đập lớn được xây
dựng.
Hình 1-10: Đập Tam Hiệp,
Hình 1-11:So sánh số lượng đập lớn
sông Dương Tử
ở Trung Quốc với các châu lục
Nguồn: ICOLD-2000
Theo thống kê đến năm 1999 đã có 17.526 đập cao trong khoảng 1530m, 4.578 đập cao trên 30m, 32 đập cao trên 100m. Do số đập cao ngày càng
nhiều nên vật liệu bê tông trở nên phổ biến. Đập Tam Hiệp trên sơng Dương
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
12
Tử có thể tích gần 28 triệu m3 bê tơng, tạo hồ chứa có dung tích 39,3 tỷ m3
P
P
P
P
nước, tràn xả lũ 124.300 m3/s và nhà máy thủy điện có cơng suất 18,2 GW
P
P
lớn nhất thế giới.
Đầu thế kỷ XXI, hàng loạt đập lớn được triển khai như: đập vòm
Xiluodu cao 273m, và đập trọng lực Xiangjiaba cao 191m trên sông Jinshai,
đập vòm cong theo 2 phương Jinping 1 cao 305m trên sông Yalong, đập CFR
Hongjadu cao 178m trên sông Wu, đập vịm Xiaowan trên sơng Lanciang
(thượng nguồn sơng Mêkơng), đập RCC Longtan cao 216m trên Hongshui,
đập vòm Laxiwa cao 250m trên sơng Hồng Hà,... là những đập lớn vào loại
kỷ lục trên thế giới.
Bảng 1-1: Một số cơng trình đập bê tơng lớn ở Trung Quốc
TT
Tên cơng
Chiều cao
Năm hồn
trình
đập (m)
thành
Vị trí
1
Yantan
111
1992
Sơng Hồng, Quảng Tây
2
Shuikou
101
1993
Sông Mân, Phúc Kiến
3
Jiangya
131
1999
Sông Lâu, Hồ Nam
4
Mianhuatan
115
2001
Sông Thing, Phúc Kiến
5
Dachaoshan
111
2002
6
Sufengying
122
2005
Sơng Ơ, Q Châu
7
Baise
130
Đang xây dựng
Sơng Thạch, Quảng Tây
8
Jinghong
110
Đang xây dựng
9
Pengshui
116.5
Đang xây dựng
Sơng Ơ, Q Châu
10
Longtan
216.5
Đang xây dựng
Sơng Hồng, Quảng Tây
11
Jinanqiau
161
Đang xây dựng
Sông Kim Sa, Vân Nam
12
Gelantan
113
Đang xây dựng
Sông Lý Tiên, Vân Nam
Sông Lan Thương, Vân
Nam
Sông Lan Thương, Vân
Nam
(Theo Viện nghiên cứu khảo sát thiết kế Côn Minh KHIDI - Trung Quốc)
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
13
1.2 Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực ở Việt Nam [5]
Trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở Việt Nam vẫn chưa có các đập bê
tơng trọng lực lớn. Nếu có chủ yếu là các đập bê tơng có chiều cao thấp
(khoảng 5-10m) với kết cấu đơn giản, dễ thi công, thời điểm này hầu như
công tác thiết kế, nguyên vật liệu và chỉ đạo thi công là do các kỹ sư nước
ngồi thực hiện.
Các cơng trình bê tông xây dựng trong thời gian này hầu như bị hư
hỏng đáng kể sau một thời gian vận hành, nguyên nhân một phần do công tác
khảo sát chưa kỹ, một phần giải pháp cơng trình chưa hợp lý, cơng nghệ thi
công chưa phù hợp với điều kiện trong nước.
Trong giai đoạn từ 1930 đến 1945, một số đập bê tông trọng lực được
xây dựng như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước tưới,
đập Đáy ở Hà Tây với nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập
dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình… do các kỹ
sư người Pháp thực hiện, lực lượng cán bộ kỹ thuật của Việt Nam hầu như
khơng có.
Bảng 1-2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945
TT
Tên
Chiều cao
đập (m)
Năm xây
dựng
Địa điểm xây dựng
Sông Thương, Bắc Giang
1
Cầu Sơn
-
1902
2
Liễn Sơn
16,35
1914-1917
3
Bái Thượng
23,50
1920
4
Thác Huống
21,13
1922-1929
Sông Cầu, Thái Nguyên
5
Đồng Cam
22,4
1925-1929
Sông Đà Rằng, Tuy Hịa,
Phú n
6
Đơ Lương
-
1934-1937
Sơng Cả, Nghệ An
7
Đập Đáy
-
1934-1937
Sơng Đáy, Hà Tây
Sơng Phó Đáy
Sơng Chu, Thanh Hóa
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
14
Khóa 2007 - 2010
Từ năm 1945 cho đến 1975, do đặc điểm đất nước bị chiến tranh nên
việc đầu tư xây dựng các cơng trình thủy lợi bị hạn chế, nhưng đã có những
tiêu chuẩn về thiết kế và thi công bê tông thủy công, cũng có một số đập tràn
thấp được xây dựng trong thời kỳ này như đập tràn thủy điện Thác Bà, đập
tràn thủy điện Cấm Sơn, Đa Nhim…Khơng có nhiều đập bê tông được xây
dựng trong thời kỳ này nhưng các kết quả nghiên cứu đã là nền tảng quan
trọng, khởi đầu cho q trình phát triển cơng nghệ xây dựng đập bê tông trong
nước.
Từ năm 1975 đến nay, những nghiên cứu thiết kế và công nghệ thi công
đập bê tông trên thế giới đã khá hoàn chỉnh, sự giao lưu về khoa học kỹ thuật
thuận lợi nên việc tiếp thu và ứng dụng công nghệ thiết kế và thi công đập bê
tông trọng lực trở nên dễ dàng. Cùng với sự phát triển, hiện đại hóa của đất
nước, các cơng trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng ở nhiều nơi, và đập bê
tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mơ và hình thức ngày càng phong
phú. Đầu mối các cơng trình như: Hịa Bình, Trị An, Hàm Thuận-Đa My,
Tuyên Quang, Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Thạch Nham, Tân Giang,
Lịng Sơng, Nước Trong… là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3
P
P
bê tông, chiều cao đập đến trên 70m, tự trong nước đảm nhận tồn bộ các
khâu từ thiết kế đến thi cơng, hồn thiệt bàn giao vận hành cơng trình. Điều
đó chứng tỏ rằng quy trình thiết kế, cơng nghệ thi cơng đập bê tông trọng lực
ở nước ta đã được nghiên cứu, chuyển giao và phát triển mạnh, các vấn đề về
tính tốn ổn định cơng trình bê tơng có chiều cao lớn đã có sự quan tâm và đạt
những tiến bộ. Tuy nhiên, trong giai đoạn thiết kế, những nghiên cứu về ổn
định loại đập này chưa nhiều.
Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
15
Bảng 1-3: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam những năm gần đây
TT
Tên cơng trình
Chiều cao
Năm hồn
đập (m)
thành
Vị trí
1
Đập Tân Giang
37,5
2001
Ninh Thuận
2
Đập Lịng Sơng
48
2000-2004
Bình Thuận
3
Đa Nhim
38
1964
Lâm Đồng
4
Hồ Định Bình
54
5
Thủy điện Thác Bà
48
1971
6
Hồ Nước Trong
70
Đang xây dựng
71
2004-2008
KonTum
72
2004-2008
Quảng Nam
70
2003-2007
Quảng Trị
108
2005-2009
Đăk Nông, Lâm Đồng
128
2005-2010
Đăk Nông, Lâm Đồng
7
8
9
10
11
Thủy điện Pleikrong
Thủy điện A
Vương
Thủy điện
Quảng Trị
Thủy điện
Đồng Nai 3
Thủy điện
Đồng Nai 4
Bình Định
Yên Bình, Yên Bái
Quảng Ngãi
12
Thủy điện Sơn La
138,1
2006-2010
Sơn La
13
Hồ chứa Bản Vẽ
137
2005-2009
Nghệ An
14
Sơng Ba Hạ
50
2005-2010
Phú n
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
16
Các đập xây dựng trước đây ở nước
ta chủ yếu là đập đất. Trong một số
năm gần đây xu thế xây dựng đập
bê tông đã và đang phát triển. Đập
Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận
cao 39,5m có thể được xem như là
Hình 1-12:Tồn cảnh đập bê tơng trọng
đập bê tơng trọng lực đầu tiên do
lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu.
ngành thuỷ lợi nước ta tự thiết kế
Nguồn: vncold.vn
và thi công đã hoàn thành năm
2001. Hiện nay ta đang xây dựng đập Lịng Sơng ở Bình Thuận và nhiều dự
án như hồ chứa Định Bình, hồ chứa Sơn La... đang được thiết kế và xây dựng
theo phương án đập bê tông trọng lực.
Hình 1-13:Đập trọng lực
bê tơng đầm lăn (RCC)
PleiKrơng, cao 71m, tạo
hồ chứa 1,048 tỷ m3
nước và công suất thuỷ
điện 100 MW, thời gian
thi công 2003 – 2008.
Nguồn: vncold.vn
Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
17
Hình 1-14: Hình ảnh 3D tồn cảnh đầu mối cơng trình Sơn La. Nguồn: vncold.vn
T
3
4
T
3
4
1.3. Cơng trình tháo lũ và nối tiếp thuỷ lực hạ lưu.[2],[3],[8]
1.3.1. Một số nguyên tắc thiết kế cơng trình xả lũ và nối tiếp thủy lực
a)Tiêu chuẩn lũ của cơng trình xả
- Ở Việt Nam, tiêu chuẩn lũ thiết kế và lũ kiểm tra của cơng trình xả lũ
cần căn cứ vào cấp của cơng trình đầu mối, theo tiêu chuẩn “Cơng trình thủy
lợi - các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN-285-2002” và theo các qui định
bổ sung khác.
Bảng 1-4: Tần suất lũ thiết kế các cơng trình thủy điện (TCVN-285-2002)
Cấp
Cơng suất của nhà
máy thủy điện (MW)
cơng
trình
Cơng trình
CT tạm P (%)
Cơng trình Lấp
lâu dài P (%)
2 mùa khơ (*)
dịng P (%)
>300-1000
I
0,1
5,0
5,0
> 50-300
II
0,5
5,0
5,0
> 2-50
III
1,0
10,0
10,0
> 0,2-2
IV
1,5
10,0
10,0
< 0,2
V
2,0
10,0
10,0
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Khóa 2007 - 2010
18
- Ở Trung Quốc, tiêu chuẩn lũ thiết lế theo cấp công trình được ghi
trong bảng 1.6, ngồi ra tiêu năng phịng xói được giảm thấp so với lũ thiết kế
cho cơng trình chính. Theo [6] lũ thiết kế tiêu năng phịng xói: vật kiến trúc
cấp I lũ thiết kế 100 năm (1%), vật kiến trúc cấp II lũ thiết kế 50 năm (2%),
vật kiến trúc cấp III lũ thiết kế 30 năm. Đồng thời còn cần phải xét trường
hợp bất lợi của con lũ thấp hơn tiêu chuẩn lũ thiết kế có khả năng xuất hiện,
bảo đảm cho cơng trình vận hành bình thường và an tồn.
Bảng 1-5: Tần suất lũ thiết kế các cơng trình thủy điện của Trung Quốc
Cấp cơng trình
Cơng trình lâu dài P (năm)
Thiết kế tiêu năng phịng
Thiết kế
Kiểm tra
xói P (năm)
I
500
5000
100
II
100
1000
50
III
50
500
30
2)Thiết kế tiêu năng phịng xói
a) – Hình thức thiết bị tiêu năng phịng xói nên căn cứ vào điều kiện địa hình,
địa chất, điều kiện dòng xả, phương thức vận hành, chiều sâu nước hạ lưu và
khả năng chống xói của lịng sơng, u cầu tiêu năng phịng xói, nối tiếp dịng
chảy hạ lưu và ảnh hưởng tới các vật kiến trúc khác..v..v..sau khi thông qua so
sánh kinh tế kỹ thuật rồi quyết định.
Tràn xả lũ kiểu bờ sông (tràn bên) thường dùng tiêu năng kiểu mũi phóng
dịng phun hoặc tiêu năng chảy đáy, cũng có thể dùng kiểu tiêu năng khác.
b) – Thiết bị tiêu năng được chọn nên thỏa mãn yêu cầu: trạng thái dòng chảy
của dòng xả của tràn xả lũ và hiện tượng bồi xói lịng sơng khơng làm ảnh
hưởng tới an tồn của các hạng mục cơng trình khác và ảnh hưởng tới điều
kiện vận hành bình thường của nó, đồng thời yêu cầu trong phạm vi lưu lượng
thiết kế (tiêu chuẩn lũ tiêu năng phịng xói) và các cấp lưu lượng dưới nó, đặc
biệt là ở các con lũ thường gặp, hiệu quả tiêu năng phả tốt, kết cấu vững chắc,
Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
19
Khóa 2007 - 2010
chống khí thực, chống mài mịn, nếu thấy cần thiết có thể dùng biện pháp hỗ
trợ tương ứng. Những cơng trình tiêu năng nằm dưới mặt nước (như bể tiêu
năng, cơng trình tiêu năng trợ giúp..v..v..) nên cố gắng nghiên cứu điều kiện
kiểm tra duy tu.
c) – Tiêu năng mũi phóng – dịng phun thích hợp với đầu mối có cột nước cao
hoặc vừa nền móng bằng đá. Hình thức mặt bằng của thiết bị tiêu năng dịng
phun có loại bề rộng không đổi, kiểu mở rộng và kiểu thu hẹp (bao gồm kiểu
khe hẹp). Mũi hắt nước chảy có loại liên tục, loại khơng liên tục và các loại
mũi dị hình khác..v..v..
Nếu dùng tiêu năng dòng phun cần phải nghiên cứu thận trọng do dòng tia
văng xa tạo mù ảnh hưởng đến các cơng trình đầu mối và vận hành an toàn.
Nếu gặp các trường hợp sau đây cần phải dùng biện pháp thỏa đáng để xử lý.
- Trong nền móng tồn tại mặt tầng đá có góc xiên xoải kéo dài đến hạ
lưu và cấu tạo địa chất có khả năng bị đào xói cắt đứt, uy hiếp tới an tồn của
đập và vật kiến trúc khác.
- Bờ dốc có khả năng bị xói đổ, uy hiếp tới ổn định vai đập, lấp đầy kênh
dẫn nước ra và dịng sơng hạ lưu.
- Sóng dồn và nước vạt hạ lưu uy hiếp an tồn của đập chính và các vật
kiến trúc khác, uy hiếp tới vận hành bình thường.
d) – Tiêu năng chảy đáy có thể thích nghi với các loại nền đá hoặc với đầu
mối có bố trí âu thuyền xả bè..v..v.. có u cầu đối với trạng thái dịng chảy
rất nghiêm khắc, nhưng không được tháo chất trôi nổi. Tiêu năng đáy có bể
tiêu năng kiểu đáy bằng, đáy nghiêng hoặc đáy mở rộng, đáy thu hẹp..v..v.. và
các loại cơng trình tiêu năng phụ trợ. Nếu thấy cần thiết có thể bố trí bể tiêu
năng nhiều cấp. Xả cát đáy chú ý vấn đề mài mòn.
Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
20
Khóa 2007 - 2010
e) – Tiêu năng mũi phóng – dịng phun trên đỉnh nhà máy và trước nhà máy
nói chung thích hợp với đầu mối có thủy đầu cao và trung bình trên nền đá
của lịng sâu thắt hẹp. Bố trí nó nên phù hợp với các quy định có liên quan.
f) – Tiêu năng cửa ra của tuy nen xả lũ thường dùng kiểu tiêu năng dòng phun
hoặc chảy đáy, nên căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, điều kiện thủ lực,
điều kiện vận hành, mực nước hạ du và các nhân tố khác để tiến hành so sánh
chọn.
Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy
