(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG I HC THY LI



NGUYN VN TễN

Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải
pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng
đá đổ

LUN VN THC S

H NỘI - 2014


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thu thập tài liệu và nghiên cứu, thí nghiệm mơ hình đến nay
luận văn “Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi
công qua đê quai bằng đá đổ” đã hoàn thành và đáp ứng được các yêu cầu đề ra.
Với thành quả đạt được, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
quý thầy cô Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian qua đã truyền đạt kiến thức
khoa học, kinh nghiệm thực tế cho tác giả luận văn.
Tác giả xin cảm ơn Trung tâm nghiên cứu thủy lực đã tạo điều kiện, giúp đỡ
tác giả tham gia, thực hiện thí nghiệm mơ hình thủy lực và hồn thành luận văn.
Đặc biệt tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy
PGS.TS. Trần Quốc Thưởng đã hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi

cho tơi trong suốt q trình học tập tại trường cũng như trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Cuối cùng, xin cảm tạ tấm lòng, hỗ trợ của những người thân đã động viên
giúp đỡ tác giả luận văn trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, tháng 11năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tôn


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là:Nguyễn Văn Tôn
Học viên lớp: CH20C11
Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp
gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ” được Trường đại học Thủy lợi
Hà Nội giao cho học viên Nguyễn Văn Tôn dưới sự hướng dẫn của thầyPGS.TS.
Trần Quốc Thưởng đến nay đã hồn thành.
Tơi xin cam đoan với Khoa Cơng trình và Phịng Đào tạo đại học và sau đại
hoc Trường đại học Thủy lợi đề tài nghiên cứu này là cơng trình của cá nhân tơi./.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tôn


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN DỊNG THI CƠNG................................. 4
1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN DỊNG THI CƠNG............................................ 4
1.1.1. Dẫn dịng qua cống ngầm............................................................................... 4

1.1.2. Dẫn dịng qua tuynen...................................................................................... 5
1.1.3. Phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt.............................................. 6
1.2. TỔNG QUAN VỀ XẢ LŨ THI CÔNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG THI
CÔNG (ĐẮP DỞ) Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.........................................7
1.2.1. TRÊN THẾ GIỚI........................................................................................... 7
1.2.2. Ở VIỆT NAM............................................................................................... 24
1.3. TÍNH TỐN DẪN DỊNG............................................................................. 30
1.3.1. Cơ sở tính tốn............................................................................................. 30
1.3.2. Cơng thức tính tốn...................................................................................... 31
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1............................................................................... 35
1.4.1. Kết luận........................................................................................................ 35
1.4.2. Những vấn đề nghiên cứu............................................................................. 36
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH............................. 37
2.1. LUẬT TƯƠNG TỰ CỦA MƠ HÌNH THỦY LỰC CƠNG TRÌNH..............37
2.1.1. Khái niệm về tương tự cơ học...................................................................... 37
2.1.2. Định luật FRUT (Định luật Tương tự trọng lực).......................................... 40
2.1.3. Định luật REYNOL...................................................................................... 44
2.1.4. Định luật EULER......................................................................................... 46
2.2. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH....................................................... 47
2.2.1. Tỷ lệ mơ hình............................................................................................... 47
2.2.2. Vật liệu đắp đê quai thượng lưu:.................................................................. 48
2.2.3. Mô hình hố vật liệu đắp đập đá đổ.............................................................. 48
2.2.4. Đắp đê quai hạ lưu:....................................................................................... 48
2.3. PHẠM VI MƠ HÌNH..................................................................................... 48


2.4. BỐ TRÍ ĐO ĐẠC........................................................................................... 48
2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM........................................... 49
2.6. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM............................................................................ 49
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2............................................................................... 49

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................ 51
3.1. Cao trình đỉnh đê quai 55m, gia cố bằng thảm rọ đá.................................... 51
3.1.1. Khả năng tháo của đê quai thượng lưu......................................................... 52
3.1.2. Xác định vận tốc dòng chảy......................................................................... 54
3.1.3. Diễn biến tình hình thủy lực khi xả lũ thi cơng............................................ 60
3.1.4. Nhận xét....................................................................................................... 62
3.2. Cao trình đỉnh đê quai cao trình 59m, gia cố bằng bê tông cốt thép...............63
3.2.1. Khả năng tháo của đê quai thượng lưu......................................................... 64
3.2.2. Xác định vận tốc dịng chảy......................................................................... 66
3.2.3. Diễn biến tình hình thủy lực khi xả lũ thi công............................................ 72
3.3. Nghiên cứu ổn định lớp đá hộc gia cố mặt đập............................................... 74
3.3.1. Cao trình đỉnh đê quai 55m........................................................................ 74
3.3.2. Cao trình đỉnh đê quai 59m........................................................................ 74
3.3.3. Tính tốn xác định kích thước hịn đá.......................................................... 75
3.3.4. Phương án so sánh........................................................................................ 76
3.4. Kết luận chương 3........................................................................................... 78
3.4.1. Nhận xét chung............................................................................................. 78
3.4.2. Những đóng góp của tác giả......................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 84
1. Kết quả nghiên cứu của luận văn........................................................................ 84
2. Tồn tại và hạn chế............................................................................................... 84
3. Kiến nghị............................................................................................................ 85
4. Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp:.................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 86


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng...............................................................................4
Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới.......................................................5
Bảng 1.3:Phương thức dẫn dịng thi cơng vượt lũ một phần đập bê tông bản mặt và

chọn tiêu chuẩn vượt lũ...........................................................................................15
Bảng 1.4:Thông số thủy lực của mặt đập tràn nước................................................19
Bảng 1.5: Thông số dẫn dịng..................................................................................24
Bảng 1.6: Các thơng số cơ bản................................................................................25
Bảng 1.7: Sơ đồ dẫn dịng thi cơng.........................................................................28
Bảng 2.1: Tỷ lệ các đại lượng..................................................................................47
Bảng 2.2: Lưu lượng thực tế và mơ hình.................................................................48
Bảng 3.1: Khả năng tháo qua đê quai thượng lưu với cao trình đê quai 55m..........53
Bảng 3.2: Vận tốc dịng chảy với cao trình đê quai 55m.........................................59
Bảng 3.3: Khả năng tháo qua đê quai thượng lưu với cao trình đê quai 59m..........65
Bảng 3.4: Vận tốc dịng chảy với cao trình đê quai 59m.........................................67
Bảng 3.5: Quan hệ vận tốc và đường kính đá đổ.....................................................75


DANH MỤC ẢNH CHỤP
Ảnh 1.1: Cơng trình thủy điện Tun Quang..........................................................25
Ảnh 1.2: Lũ chảy qua đê quai Thượng Lưu (Thủy điện Tuyên Quang)..................26
Ảnh 1.3: Lũ chảy qua cống dẫn dòng và đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang) . 26
Ảnh 2.1: Máng kính thí nghiệm mơ hình mặt cắt....................................................50
Ảnh 3.1: Mái hạ lưu đê quai thượng gia cố thảm rọ đá...........................................57
Ảnh 3.2: Mái hạ lưu đập đá đổ gia cố thảm rọ đá....................................................57
Ảnh 3.3: Nước nhảy sóng hạ lưu đê quai thượng....................................................61
Ảnh 3.4: Mái hạ lưu đê quai thượng lưu gia cố tầm BTCT.....................................70
Ảnh 3.5: Mái hạ lưu đập đá đổ gia cố tấm BTCT...................................................70
Ảnh 3.6: Nước nhảy ngập hạ lưu đê quai thượng....................................................73
Ảnh 3.7: Đá gia cố mặt đập....................................................................................74
Ảnh 3.8: Đỉnh đê quai TL 55m, Q = 4000m3/s.....................................................80
Ảnh 3.9:: Đỉnh đê quai TL 59m, Q = 6500m3/s....................................................81
Ảnh 3.10: Học viên quan sát dòng chảy..................................................................81
Ảnh 3.11: Học viên đo đạc ở mơ hình.....................................................................82

Ảnh 3.12: Học viên đo đạc ở mơ hình.....................................................................83


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lựa chọn bố trí cơng trình tháo trong cơng trình đầu mối.........................9
Hình 1.2: Tính tốn dốc nước gia cố lòng dẫn bằng đá lớn, đá khối.......................11
Hình 1.3: Kết cấu gia cố mái hạ của đập đá đổ.......................................................12
Hình 1.4: Gia cố mái hạ của đập đá đổ....................................................................13
Hình 1.5: Sơ họa cắt dọc tuyến dẫn dịng phương án chọn.....................................25
Hình 2.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng mơ hình................................................................50
Hình 3.1: Sơ họa dịng chảy qua đê quai thượng lưu...............................................52
Hình 3.2: Quan hệ Q = f1(Z hồ) và m = f2(Q xả).......................................................53
Hình 3.3: Thảm rọ đá gia cố mái hạ lưu đê quai thượng lưu...................................54
Hình 3.4: Thảm rọ đá gia cố mái hạ lưu đập đá đổ..................................................55
.Hình 3.5: Cắt dọc cơng trình dẫn dịng...................................................................56
Hình 3.6: Sơ đồ mặt cắt đo mực nước , vận tốc.......................................................58
Hình 3.7: Nước nhảy sóng hạ lưu đê quai thượng...................................................61
Hình 3.7a: Quan hệ lưu lượng và vận tốc................................................................63
Hình 3.8: Sơ họa dịng chảy qua đê quai thượng lưu...............................................64
Hình 3.9: Đường quan hệ Q = f1(Z hồ) và m = f2(Q xả)............................................65
Hình 3.10: Tấm bê tơng cơt thép gia cố mái hạ lưu đê quai TL..............................66
Hình 3.11: Tấm bê tông cốt thép gia cố mái hạ lưu đập..........................................67
Hình 3.12: Sơ họa cắt dọc cơng trình dẫn dịng.......................................................69
Hình 3.13: Sơ đồ mặt cắt đo mực nước, vận tốc......................................................71
Hình 3.14: Nước nhảy ngập hạ lưu đê quai thượng.................................................73


1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của Đề tài
Sau giai đoạn chặn dịng sơng của những cơng trình thủy lợi, thủy điện lớn là
giai đoạn xả lũ thi công. Sự thành bại của việc xả lũ thi công nhất là đối với các
cơng trình đập chính là đá đổ có một ý nghĩa rất quan trọng.
Trong giai đoạn phát triển hiện nay của đất nước, bên cạnh vấn đề kỹ thuật,
vốn đầu tư cho cơng trình là một trong những tiêu chí hàng đầu để lựa chọn các giải
pháp xây dựng, thi cơng cơng trình.
Phương án xả lũ thi cơng hợp lý có liên quan mật thiết với việc thiết kế, bố trí
tổng thể cơng trình đầu mối, hệ thống đê quai thượng, hạ lưu, tuynel dẫn dòng tạm
thời, cống, tuynel thủy điện ... Quy mơ các cơng trình này thường rất lớn, chi phí rất
tốn kém, vấn đề xử lý kỹ thuật cũng gặp nhiều khó khăn.
Với những cơng trình lưu lượng mùa lũ lớn hàng chục, hàng trăm lần lưu
lượng mùa kiệt, nếu dùng cống (tuynen) xả lũ mùa kiệt cho mùa lũ thì phải làm
nhiều cống tốn nhiều kinh phí.
Do đó các đập lớn, kiên cố xây dựng bằng vật liệu đá đổ, bê tông đầm lăn
đang được áp dụng rộng rãi, mở ra một hướng phát triển cho giải pháp xả lũ thi
công qua đập đắp dở, giúp giảm quy mơ và chi phí cho cơng trình dẫn dịng thi
cơng.
Trong giai đoạn dẫn dịng này thường sử dụng tuynel dẫn dòng xả một phần
lưu lượng lũ, lưu lượng còn lại được xả qua đê quai đá đổ hoặc qua đập đá đổ đang
đắp dở.
Tuy vậy, kinh nghiệm thiết kế cũng như các quy phạm, chỉ dẫn thiết kế về vấn
đề này còn hạn chế, chưa được đề cập nhiều.
Giữ ổn định cho đập đá đổ khi xả lũ thi cơng mỗi cơng trình dùng giải pháp kỹ
thuật và biện pháp gia cố khác nhau là một vấn đề cần quan tâm. Do đó, việc xác
định các yếu tố gây mất ổn định cho đập đá đổ khi xả lũ thi công phải được làm rõ,
tránh cho sự thất bại nếu gia cố không tốt, ngược lại nếu gia cố quá kiên cố lại gây
lãng phí về vốn đầu tư.

Vì vậy nghiên cứu sơ đồ giải pháp hợp lý khi dẫn dịng xả lũ thi cơng qua đập
đá đổ đắp dở có ý nghĩa thực tiễn và tính thời sự trong giai đoạn nước ta đang có
yêu cầu xây dựng nhiều cơng trình thủy lợi, thủy điện lớn, nhằm phục vụ cho dân
sinh, kinh tế.
Xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công thường theo 2 sơ đồ:
 Sơ đồ 1 (kịch bản 1)
Xả lũ thi công qua cống (tuynel) và đê quai thượng lưu chịu lực là chính,
nghĩa là cao trình đỉnh đê quai thượng lưu cao hơn cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ
đắp dở và đê quai hạ lưu.
 Sơ đồ 2 (kịch bản 2)
Xả lũ thi công qua cống (tuynel) và đoạn đập đá đổ đắp dở chịu lực là chính,
nghĩa là cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ đắp dở cao hơn cao trình đỉnh đê quai
thượng lưu và đê quai hạ lưu.
Luận văn nghiên cứu theo sơ đồ 1.
Xả lũ thi công qua cống và đê quai đá đổ chịu lực là chính, nghĩa là cao trình
đỉnh đê quai đá đổ cao hơn cao trình đỉnh đập đá đổ và đê quai hạ lưu.
Để có những đánh giá xác thực và tính tốn dẫn dịng thi cơng hợp lý trong
thực tế xây dựng các cơng trình thủy lợi, thủy điện. Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn
trên học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp
gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ”.
2. Mục tiêu của Đề tài
Nghiên cứu đặc điểm, chế độ thủy lực khi xả lũ thi cơng qua đê quai đá đổ. Từ
đó đánh giá các kết cấu gia cố phù hợp cho cơng trình dẫn dòng.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
 Cách tiếp cận:
Tổng hợp, thu thập và phân tích các cơng trình nghiên cứu ở trong và ngồi
nước về các phương pháp dẫn dịng thi cơng qua đập đang thi công như: đập đá đổ,
đập đá đổ bê tông bản mặt, đập bê tơng và cống dẫn dịng…
 Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn, phương pháp tính tốn dẫn dịng thi cơng qua
đập đang thi cơng và cống, từ các tài liệu thu thập trong và ngoài nước.
- Tính tốn lý thuyết.
- Thínghiệm mơ hình thủy lực.
4. Kết quả dự kiến đạt được:
- Xác định các yếu tố thủy lực với các trường hợp xả lũ thi cơng khác nhau với
các cao trình đỉnh đê quai khác nhau.
- Xác định giải pháp gia cố với các trường hợp xả lũ thi công khác nhau.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN DỊNG THI CƠNG
1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN DỊNG THI CƠNG
Có rất nhiều phương pháp dẫn dịng thi cơng, dưới đây nêu tóm tắt một số
phương pháp chính:
1.1.1. Dẫn dịng qua cống ngầm
Đối với các cơng trình vừa và nhỏ thường sử dụng cống lấy nước để dẫn dịng
mùa khơ hoặc bố trí các lỗ xả trong thân đập (cống ngầm) để tháo lũ thi cơng. Đối
với các cơng trình lớn, cống được thiết kế riêng để dẫn dịng cả mùa khơ và mùa lũ,
mùa khơ năm thi cơng cuối cùng mới hồnh triệt cống;
Khi sử dụng cống ngầm để dẫn dòng, nếu lưu lượng dẫn dịng lớn thì người ta
thường phải thiết kế cống ngầm có nhiều khoang (cơng trình Núi Cốc, Kẻ Gỗ, Yên
Lập, Tuyên Quang, Bản Chát, Bình Điền, Đồng Nai...). Khi thi cơng xong, người ta
hồnh triệt và chỉ để lại một khoang để dẫn nước tưới lâu dài, các khoang đã hoành
triệt sẽ trở thành các hành lang kiểm tra và sửa chữa (Bảng 1.1 nêu một số cống dẫn
dòng).
Bảng 1.1: Một số cống dẫn dịng
TT

Tên cơng trình

Lưu

Số cống và

Tần suất

lượng xả

kích thước

thiết kế

Qxả(m3/s)

(bxh)m

(P%)

1 Cống dẫn dịng thuỷ điện Đa M’Bri

61,2

1x(3x4)

P

10%

kiệt

2 Cống dẫn dòng thuỷ điện Bản Chát

1410

2x(5x9)

P

10%

kiệt

Cống dẫn dòng thuỷ điện Sơng

3

581

Tranh 2

4 Cống dẫn dịng thuỷ điện Bản Vẽ
5 Tuy

1410,8

nen dẫn dòng Cửa Đạt

361

3x(5x7)
3x(5x9)

P5% kiệt
P

1x9(D=9m)

634

2x(5x7)

P

7 Cống dẫn dòng thuỷ điện Khe Bố

769

2x(5x6.5)

P

Cống dẫn dòng thuỷ điện Sê San 4

1019

3x(5x7)

kiệt

P5% kiệt

6 Cống dẫn dòng thuỷ điện Sê San 3

8

5%

5%

kiệt

5%

kiệt

P5% kiệt


( Nguồn: Thí nghiệm mơ hình thủy lực các cơng trình thủy điện, thủy lợi –
Viện khoa học thủy lợi (2002-2007)).
Dẫn dòng qua cống về mùa kiệt thuận lợi, nhưng vào mùa lũ (lưu lượng lớn)
chênh lệch với mùa kiệt khoảng vài chục tới vài trăm lần, cống làm việc với chế độ
thủy lực phức tạp, nếu xả với lưu lượng lớn thì số cống tăng lên nhiều, kinh phí cho
dẫn dịng thi cơng tăng. Do đó thường kết hợp xả lũ thi cơng với cơng trình khác.
1.1.2. Dẫn dịng qua tuynen
Tuynen được dùng làm cơng trình dẫn dịng trong điều kiện sơng miền núi,
lịng sơng hẹp, vách đá dốc, lưu lượng lớn mà không áp dụng được phương pháp
dẫn dịng qua kênh. Việc tính tốn thiết kế tương tự như phương pháp dẫn dịng qua
cống ngầm. Thi cơng tuynen khó khăn và tốn kém nên khi áp dụng phương pháp

này cần phải xác định mặt cắt tuy nen sao cho tổng giá thành tuynel và đê quai là
nhỏ nhất.
Ở Liên Xô và nhiều nước khác những năm cuối thế kỷ20 hầu như các cơng
trình thủy lợi, thủy điện lớn đã được xây dựng với các cơng trình lớn, địa chất là đá
tốt thường dùng tuynen xả lũ (nêu ở bảng 1.2).
Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới
Số
STT

Tên cơng trình

lượng
tuynen

1

KaxơraBassa,

Rộng, cao hoặc

Lưu lượng

đường kính (m)

(m3/s)

16x16

4500

2

MơZămbích

2 Kê Ban, Thổ Nhĩ Kì

2

14,5x14,5

4520

3

Nui- Melơnês, Mỹ

1

8,86x10,35

4

Temengop, Malaysia

2

9

5 Axuan, Ai Cập
6

Trikuasen, Mêhicơ

6

15
2

-

11000
13x13

4500


Số
STT

Tên cơng trình

Rộng, cao hoặc

Lưu lượng

đường kính (m)

(m3/s)

1

11,6x14

2200

3

13,7

1

13,2

lượng
tuynen

7

Toktogul, Liên Xơ

8

Tarbela, Pakistan

9 Naika, Canađa
10

2

13,7

Xirikit, Thái Lan

12

13,5

1

Trikeisk, Liên Xô

13 Đvorsak, Mỹ

4250

2

11 ElKakhon, Honđurat

13
1

1

18000

4500
2100

10,2x13,6

12,2x12,2

2200
1920

14

Nurêc, L.Xô

1

11x10

3200

15

Trivor, Kolômbia

1

10,35x10,35

2800

9,6 9,6

1350

16 Môrnôs, Hi Lạp

1

( Nguồn: Đề tài nghiên cứu ĐHĐL.2012 – G/39 – Viện khoa học thủy lợi Việt
Nam, năm 2012).
1.1.3. Phương pháp đắp đê quai ngăn dịng nhiều đợt
Đối với các cơng trình lớn người ta thường dùng phương pháp đắp đê quai
ngăn dòng nhiều đợt. Phổ biến nhất là hai đợt, đợt đầu dẫn dòng qua lịng sơng thu
hẹp để thi cơng cơng trình đợt 1. Đợt 2 sẽ ngăn phần lịng sơng cịn lại và tháo nước
qua các cơng trình dẫn dịng đã được thi công trong đợt 1 như khe răng lược, cống
xả đáy, lỗ xả sâu, tuynel, tràn tạm hoặc chỗ lõm được chừa lại trên mặt đập (bê tông
hoặc đập đá đổ) đang thi cơng.
1.1.3.1. Dẫn dịng qua lịng sơng thu hẹp
Đây là phương pháp được dùng rất phổ biến khi thi cơng các cơng trình vừa
và nhỏ. Đầu tiên, vào mùa khô, đắp đê quai thượng lưu, đê quai dọc và đê quai hạ
lưu


để thi cơng một phần cơng trình chính và cơng trình dẫn dịng cho đợt 2 (tất cả được
gọi là cơng trình đợt 1). Mùa lũ dịng chảy được dẫn qua phần lịng sơng thu hẹp và
tiếp tục thi cơng cơng trình đợt 1 trong phạm vi được bảo vệ bởi các đê quai.
1.1.3.2. Dẫn dòng qua khe răng lược
Khe răng lược thường được dùng để phục vụ dẫn dòng giai đoạn hai. Khi
dòng chảy được dẫn qua các khe răng lược thì thi cơng các hạng mục cơng trình đợt
2. Khe răng lược thường được bố trí tại các khoang của đập tràn vì:
- Tại vị trí đập tràn thường có địa chất tốt nhất, thuận dịng chảy;
- Có thể lợi dụng cần trục sẵn có để thả phai hoặc van khi lấp khe răng lược;
- Không phải xây dựng các cơng trình tiêu năng vì đã có cơng trình tiêu năng
của đập tràn;
- Việc lấp khe răng lược rất phức tạp.

1.2. TỔNG QUAN VỀ XẢ LŨ THI CÔNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG
THI CÔNG (ĐẮP DỞ) Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.
1.2.1. TRÊN THẾ GIỚI
Những con sông lưu lượng về mùa lũ rất lớn và về đột ngột. Cịn về mùa khơ
lưu lượng rất nhỏ. Lưu lượng về mùa kiệt nhỏ hơn lưu lượng mùa lũ hàng trăm
thậm chí hàng nghìn lần.
Nói chung khi xây dựng các đập bằng đất, đá; nước sẽ được tháo qua các
tuynel tạm thời hoặc qua các cống đặt ở đáy đập. Nếu những tuynen hay cống ngầm
dùng để tháo qua lượng lũ lớn nhất thì kích thước của chúng rất lớn mà thời gian sử
dụng thì rất ngắn, sẽ khơng kinh tế.
Vì thế việc tính tốn và xây dựng các tuynen hay cống ngầm tạm thời để tháo
qua những lưu lượng nhỏ, còn lượng lũ lớn, đột ngột cho tràn qua đỉnh đập là một
u cầu của thực tế.
Khó khăn chính của phương pháp này là bảo đảm an toàn cho phần đá đổ ở
thân đập về phía hạ lưu khi xả lũ qua.
Phương án này đã được áp dụng vào việc xây dựng các cơng trình thủy lợi,
thủy điện ở nhiều nước trên thế giới như: Úc, Nga, Trung Quốc...


Từ năm 1930 trở lại đây nhiều phương pháp bảo vệ đập đất đá khỏi bị xói khi
nước tràn qua được nêu ra và áp dụng. Kinh nghiệm thiết kế, thí nghiệm và xây
dựng đập đá đổ đã khẳng định khả năng cho phép nước tràn qua đập đang thi công.
Tuy vậy phương pháp tháo nước thi công qua đập đá đổ xây dựng dở tương đối mới
và chưa được đề cập nhiều.
Vấn đề về tốc độ xói cho phép do dòng mặt gây ra khi nước tràn qua đập đá
đổ chưa được nêu lên một cách đầy đủ. Những cơng thức hiện có tính tốn chưa
đầy đủ nhất là đặc trưng của dòng thấm khi xả lũ qua đập đá đổ với độ rỗng nhỏ.
1.2.1.1. LIÊN XÔ (CŨ)
a. Nghiên cứu về chặn dòng
Khả năng cho nước lũ tràn qua đập làm bằng vật liệu địa phương là 1 yêu cầu

lớn hiện nay được đề ra. Về vấn đề này có rất nhiều cơng trình nghiên cứu. Để lớp
phủ mặt được kinh tế nhất, để chống xói cho đê quai bằng vật liệu địa phương khi
có nước tràn qua, cần phải biết tốc độ xói cho phép, bảo đảm an toàn cho đê quai.
Lần đầu tiên tiến sĩ khoa học kỹ thuật X.V.I.ZƠBAS [2] đã nghiên cứu một
cách chi tiết sự ổn định của hòn đá nằm trên mặt với phương pháp thi cơng thả đá
chặn dịng lấp sơng.
Theo tác giả quan hệ vận tốc dòng chảy với đá bảo vệ thể hiện qua quan hệ
Vma  1, 2.
x

Vmin

 0,86.

2g.( da   n

n

). D

2g.( da   n

n

). D

(1.1)
(1.2)

Trong đó:

da – Dung trọng của đá, da=2.6-2.7 tấn/m3
n – Dung trọng của nước, n=1 tấn/m3
b.Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở( Liên Xô cũ )
Mở đầu
Khi thiết kế các đập cao tại các tuyến hẹp (hình 1.1), cần tính đến khả năng bố
trí đường hầm 1 trong bờ đá nhằm dẫn nước đi tránh công trình đang xây dở. Khi
chưa hồn thành xây dựng các đường hầm này (với mục đích tháo nước mùa kiệt và


mùa lũ trong q trình thi cơng), khơng thể bắt tay vào việc ngăn dịng, thực hiện
các cơng việc chính liên quan đến đào kênh sau dốc nước tháo lũ cố định 2 và đổ đá
vào thân đập 5. Điều này làm cho cơng trình chậm hồn thành ít nhất một năm.
Ngồi ra việc bố trí đường hầm tháo lũ thi cơng và cơng tác lấp một phần hoặc tồn
bộ những đường hầm này cần kinh phí đáng kể, điều này dẫn đến chi phí xây dựng
sẽ tăng lên.

Hình 1.1:Lựa chọn bố trí cơng trình tháo trong cơng trình đầu mối.
1-Đường hầm thi công tháo lũ; 1’- đường hầm thi cơng tháo nước mùa kiệt;
2-

Cơng trình tháo bên bờ (dốc nước); 3- cơng trình tháo lịng sơng (có lỗ xả đáy);
4- đập đá đổ xây dở; 5- đập đã xây xong.
Khi thiết kế đập trên các sơng có lũ lớn, kích thước của các đường hầm thi
cơng tạm thời nhiều khi lớn đến mức cần phải xem xét phương án bố trí cơng trình
tháo cố định trong các đường hầm thi cơng 1 hoặc trong lịng sơng 3 để trước mắt
có thể tháo lũ thi cơng. Tuy nhiên kể cả trong trường hợp này những cơng việc
chính liên quan đến xây dựng đập dâng sẽ bị chậm lại, ảnh hưởng đến tiến độ thi
cơng. Ngồi ra bản thân cơng trình tháo cũng đắt hơn nhiều so với dốc nước hở trên
bờ 2 có kết cấu đơn giản hơn nhiều trên nền đá. Do đó việc bố trí cơng trình tháo
theo điều kiện tháo lũ thi công thường không thực tế và dẫn đến việc kinh phí xây

dựng tăng lên rất nhiều, lưu lượng lũ càng lớn thì giá thành càng tăng cao.
Chi phí và thời gian phát sinh có thể được giảm xuống nếu như tháo cơn lũ thi
công đầu tiên qua thân đập đá đổ xây dở. Điều này cho phép tránh được việc phải
xây dựng đường hầm tháo lũ thi công tạm thời cũng như tránh được việc xây công


trình tháo cố định trên lịng sơng (3) mà chỉ cần bố trí tại những cao trình thấp một
đường hầm nhỏ hoặc cống dẫn nước (1’). Cống dẫn nước này về sau có thể sử dụng
như lỗ xả đáy hoặc cửa lấy nước. Trong thời gian xây dựng cơng trình, nó chủ yếu
được sử dụng để tháo các lưu lượng nhỏ vào mùa kiệt. Để tháo những lưu lượng lũ
lớn bằng những biện pháp phù hợp sử dụng đập đá đổ đang xây dở có vai trị như
một cơng trình tháo lũ tạm thời.
Sau khi tháo lũ năm đầu tiên và mực nước sông hạ xuống, việc xây dựng đập
dâng (5) được tiếp tục với dự tính tháo lũ năm sau qua kênh dốc nước đã chuẩn bị
trước (2) (hoặc qua đường hầm tại những cao trình cao hơn, đường hầm này được
coi như cơng trình tháo cố định). Việc tháo lũ năm sau qua kênh dốc nước (2) cũng
có thể thực hiện trong trường hợp khi đỉnh đập dâng (5) đã được nâng đến những
cao trình khơng ngập nước nhưng tường chống thấm chưa hồn thành, và vì lý do
đó chỉ có lưu lượng thấm được thốt qua thân đập đá đổ.
Phương pháp tháo lũ thi công tràn qua đập xây dở là một phương pháp tương
đối mới và chưa đề cập nhiều. Tuy nhiên trong một số điều kiện thuận lợi, phương
pháp này đã được ứng dụng như ở đập Karachunovskaya,thủy điện Nurek,
Toktogun…Trong tương lai, ở những công trình hồ chứa lớn của vùng Xi-bê-ri
(Nga) và khu vực phía nam Liên Xơ cũ, phương pháp tháo lũ thi công này trong
nhiều trường hợp sẽ không những phù hợp mà còn cần thiết nữa.
Nghiên cứu về kết cấu gia cố bảo vệ
Thực tế xây dựng các cơng trình thủy lực, thủy điện ở Liên Xô cũ đã rút ra các
kết cấu gia cố sau:
+ Gia cố đá hộc trên mái dốc hạ lưu đê quai hay đập đắp dở.

a-Cắt dọc gia cố


b-Mặt bằng gia cố
Hình 1.2: Tính tốn dốc nước gia cố lòng dẫn bằng đá lớn, đá khối.
2- gia cố bằng đá lớn; Δl- dải đá được liền khối bằng bê tơng
Qua thí nghiệm và thực tế thi cơng một số cơng trình đã rút ra kết luận: Gia cố
bằng đá cỡ lớn (d=1,50m) nhưng vẫn không ổn định khi xả lũ thi cơng lớn và thi
cơng khó khăn. Do đó Liên Xơ cũ đã khuyến cáo khơng nên áp dụng đá có kích
thước lớn gia cố mái hạ lưu đê quai hạ lưu hay đập đá đổ xây dở.
+ Gia cố mái bằng tấm bê tông nguyên khối không đảm bảo vì tấm sẽ bị phá
hoại bởi phản lực, lún không đều gây nứt gãy tấm bê tông.
+ Gia cố mái bằng các tấm lắp ghép có lỗ (hình 1.3b) có thể áp dụng được,
nhưng vì hệ số ma sát giữa tấm và mái đá đổ nhỏ (k=0,6÷0,7), các tấm đặt trên
mái tương đối dốc sẽ không ổn định chống trượt, vì thế mái đập cần làm thoải,
đồng thời xem xét thêm các biện pháp ngăn trượt cho tấm, dẫn đến gia cố mái
sẽ đắt lên. Gia cố mái bằng các tấm lượn sóng là giải pháp dễ chấp nhận hơn
cả trong trường hợp này.


Hình 1.3: Kết cấu gia cố mái hạ của đập đá đổ
a, Phủ mái bằng tấm liền khối (sơ đồ tượng
trưng) b, Phủ mái bằng đệm bê tông cốt thép có
lỗ
c, Phủ mái bằng bê tơng cốt thép liền khối có các dải thốt nước.
1-Lỗ thốt nước trong tấm. 2- Cốt thép của tấm.
3-

Dải thoát nước trong tấm. 4- Các mũi phun để hướng dòng
5- Đá mỏ. 6- Đá lớn. 7- Các giá đỡ, nơi đá được kết thành khối nhờ bê tông

+ Lát mái bằng các tấm bê tông lắp ghép có để chừa lại các lỗ thốt nước có
tính thực tế hơn cả, đặc biệt khi khi cần bảo vệ chống xói các dốc nước có độ
dốc lớn.
Hiện tượng đá bị trơi ra ngồi qua các lỗ thốt nước khơng xảy ra vì các dải

lỗ này khá hẹp và trong các dải này cịn có cốt thép.
+ Gia cố mái bằng các khiên và dầm có neo. Tấm có neo được làm từ các dầm
gỗ hoặc bê tơng cốt thép ghép lại với nhau, sắp xếp dọc theo dịng chảy. Khi
áp dụng trên các cơng trình xả tạm thời, các tấm này có thể làm đơn giản hơn.


Thay cho các tấm, người ta sử dụng các dầm gỗ hoặc bê tông cốt thép riêng rẽ,
sắp xếp trên mái theo phương vng góc dịng chảy.
+ Bảo vệ chống xói bằng cách bố trí cơng trình dâng nước trên mái hạ
(hình1.4b).

Hình1.4: Gia cố mái hạ của đập đá đổ
a, Gia cố mái bằng dầm có neo. b, Gia cố bằng bê tơng cốt thép
1-Dầm có neo, 2- đá (khơng có vụn), 3- đá mỏ,
4- Khối đá được liên kết bằng bê tông, 5- Tường dâng- dốc nước,
6- Dầm chống, tạo thành lưới dầm;
7- Khối chống (dạng mũi) nhằm hướng dịng xốy nước
1.2.1.2. TRUNG QUỐC
a. Khái qt
Đập đá đổ bê tông bản mặt hiện đại ở Trung Quốc từ năm 1985 đến nay đã
xây dựng xong 20 cơng trình, đang xây 41 cơng trình, trong đó đập đá đổ bản mặt
47 cơng trình, 14 cơng trình đập đá cát cuội sỏi bản mặt, chiều cao 32m  95m, các


cơng trình đang xây dựng cao 35m  175m, trong đó về mặt dẫn dịng thi cơng và

vượt lũ đã có nhiều kinh nghiệm. Nhất là xả lũ qua đập đá đổ đang thi cơng.
b.Về phương án dẫn dịng và vượt lũ
Thực tiễn
Ở Trung Quốc đập đá đổ bản mặt thường dùng phương án dẫn dòng vượt lũ
như sau: Mùa kiệt đê quai ngăn nước dùng tuynen dẫn dòng. Mùa lũ thì lợi dụng
thân đập đá đổ đắp dâng cao đến tiêu chuẩn quy định để ngăn nước.
Thân đập là đập đá đổ bản mặt, xả lũ qua có hai hình thức
+ Một loại là ngăn nước vượt lũ, thì thân đập đá đổ sau khi ngăn sông trước
mùa lũ năm thứ nhất (chỉ lũ lớn), thì tranh thủ đắp đến cao trình thiết kế ngăn nước
vượt lũ (đập đá đổ đa phần đắp theo mặt cắt kinh tế), dùng tuynen dẫn dịng xả lũ
thi cơng như cơng trình Chu Thụ Kiều, Hoa Sơn và đập Đông Tân …
+ Loại thứ hai là xả nước qua đập để vượt lũ, đập đá đổ sau khi chặn dòng mùa
lũ năm thứ nhất, thân đập đá đổ thấp sau khi dùng biện pháp bảo vệ chống xói, thì
do phần đỉnh đập đá đổ và tuynen dẫn dòng kết hợp tháo nước vượt lũ ; mùa lũ năm
thứ hai lại dùng thân đập đá đổ sau khi đắp dâng cao để ngăn nước vượt lũ, như
cơng trình Quan Mơn Sơn, Tây Bắc Khẩu, Vạn An Khê, Liên Hoa, Thiên Sinh
Kiều.
Cũng có một số cơng trình do bố trí lực lượng thi cơng, thiết bị, tiền vốn…,
sau khi chặn dòng qua hai mùa lũ, đập chính mới đắp đến cao trình thiết kế ngăn
nước vượt lũ. Nhưng về tổng thể mà xét, các hạng mục đập bản mặt, về cơ bản đều
có thể theo tổng tiến độ của cụm cơng trình đầu mối u cầu và đáp ứng được các
hạng mục quan trọng chung hay khơng, có kế hoạch tiến hành xây dựng để thu được
hiệu quả kinh tế kỹ thuật cần có.


15

Bảng 1.3:Phương thức dẫn dịng thi cơng vượt lũ một phần đập bê tông bản mặt và chọn tiêu chuẩn vượt lũ
Đập
TT Tên đập

cao
(m)

Tổng
dung
tích
tỷ(m3)

Số Tuynen
kích
thước(m)

Đê quai thượng
Loại

Cao

đê

(m)

Cấp

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

cơng

cơng (năm)

trình

Dẫn

Sau chặn

dẫn

dịng

dịng lũ năm

dịng

đợt đầu

thứ I

Vịm
1

Quan Sơn
Mơn

Mùa

bê
58,5

0,81

16,56,5

tơng

7

(tràn

2

Thành

3

Khẩu

Mùa lũ

(tràn nước)

Đất đá
74,5

0,52

11010

Bình
Tây Bắc

Đập cao 2m

5

nước)
Cấp I

IV

kiệt 20

95

2,1

18,813,2
15

(ngăn

Đập cao 6m
1012

V Kiệt 20

(khơng tràn

Lũ năm
thứ II

(ngăn

25m
50 (khơng

Đập cao 31,5

>100

m (tràn nước

(ngăn

20m)

nước)

nước)

hồn

sơng

thành

3/1986

1988

12/1986

1989

10/1986

1990

Đập cao

Đất đá
IV Kiệt 20

lấp

nước)

nước)

20

Năm

50

nước)

(ngăn

Năm

tràn nước)


Đập
TT Tên đập

cao
(m)

4

Chu Thụ
Kiều

Tổng
dung
tích
tỷ(m3)

Số Tuynen
kích
thước(m)

Đê quai thượng
Loại

Cao

đê

(m)

Cấp

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

cơng

cơng (năm)

trình

Dẫn

Sau chặn

dẫn

dịng

dịng lũ năm

dịng

đợt đầu

thứ I

Đất đá

78

2,78

15,2

(ngăn

23

IV Kiệt 20

nước)
Vịm

5

Tiểu
Can Câu

55

0,101

144

tơng

5

V

-

(ngăn

6

Vạn An
Khê

Đất đá
93,8

7 Hoa Sơn 80,8

2,28

19,411,6

(ngăn

20

IV Kiệt 20

nước)
0.63

15,56,5

Bê
tơng

>300

(100 ngăn

(ngăn

nước)

nước)

đập xây
tường ngăn
(tràn nước)

nước)

12,2

V Lũ 50

thứ II

Đập cao 61m

Xử lý móng

bê

Lũ năm

Năm

Năm

lấp

hồn

sơng

thành

9/1988

1990

9/1988

1990

12/1991

1995

3/1991

1994

50
(ngăn
nước)

Đập cao 8m

50

(khơng tràn

(ngăn

nước)

nước)

( 50 ngăn

>100

nước)

(ngăn


Đập
TT Tên đập

cao
(m)

Tổng
dung
tích
tỷ(m3)

Số Tuynen
kích
thước(m)

Đê quai thượng
Loại

Cao

đê

(m)

Cấp

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

cơng

cơng (năm)

trình

Dẫn

Sau chặn

dẫn

dịng

dịng lũ năm

dịng

đợt đầu

thứ I

(tràn

Lũ năm
thứ II

Năm

Năm

lấp

hồn

sơng

thành

11/1992

1995

nước)

nước)
8

9

Đơng
Tây

Bạch
Vân

Đất đá
85,5

7,98

16

(tràn

16

IV Kiệt 10

nước)

120

3,6

17,59,2

Đập cao

>200

56.7m (100

(ngăn

ngăn nước)

nước)

Đất đá

Lũ ngăn

(ngăn

3

Đập cao 3m

Tràn

(tràn nước)

nước)

20,5

IV

nước 20
10

Liên
Hoa

Đất đá
71,8

41,8

11214

(ngăn
nước)

16

IV

Kiệt 20
Lũ 10

100
(ngăn

11/1993

nước)

Đập cao 17m

Kế hoạch

(tràn nước

300 (ngăn

30)

nước)

10/1994

Đang
xây

Đang
xây