Giáo trình thủy công 1- Đại học bách khoa Đà Nẵng

Chương 1

Khái niệm chung về công trình Thuỷ lợi

1.Vai trò của Thuỷ lợi trong nền kinh tế Quốc dân
Đặt vấn đề:
- Nước là yếu tố không thể thiếu được đối với mọi sự sống trên Trái đất và đóng vai trò
lớn trong nền kinh tế quốc dân của các nước. Ví dụ: Sử dụng năng lượng nước để phát
điện, dùng nước tưới ruộng, nuôi cá, lợi dụng nước để vận tải giao thông thuỷ và dùng
nước để phục vụ cho mọi sinh hoạt khác của con người.
- Trữ lượng nước trên trái đất rất lớn, khoảng 1,5 tỷ km 3 trong đó hơn 90% là nước ở các
đại dương và biển, còn lại là nước ở trong lục địa. Song nước được phân bố rất không đều
theo không gian và phân phối không đều theo thời gian. Mặt khác nước cũng có thể gây
nhiều tác hại rất to lớn cho nền kinh tế Quốc dân và con người như: nạn lũ lụt, ngập úng
hay xói lỡ các bờ sông.
- Vì vậy muốn lợi dụng tài nguyên dòng nước phục vụ cho nền kinh tế Quốc dân và đời
sống con người, phải nghiên cứu tìm ra những biện pháp công trình lợi dụng ích lợi của
dòng nước và chống lại các tác hại của nó. Chính từ đây ngành khoa học Thuỷ lợi được ra
đời theo yêu cầu của con người trong viƯc sư dơng ngn n­íc vµ cïng víi sù ph¸t triĨn
cđa c¸c khoa häc kh¸c nh­ to¸n, vËt lý, hoá học, thuỷ văn, địa chất, thuỷ lực, kết cấu, vật
liệu xây dựng.
Những công trình xây dựng nhằm sử dụng tài nguyên nước và chống lại tác hại của nó
gọi là công trình thuỷ lợi.
Căn cứ vào mục đích chủ yếu trên, xây dựng các công trình Thuỷ lợi bao gồm các lĩnh
vực sau đây :
1. Thuỷ điện : lợi dụng năng lượng của nước sông biển để phát điện
2. Thuỷ nông : dùng biện pháp thuỷ lợi để phát triển nông nghiệp (như tưới, tiêu,
chống xói mòn, chống chua mặn, và chống bạc màu)
3. Giao thông thuỷ : cải thiện và lợi dụng sông, hồ , biển để phát triển giao thông
thuỷ.
4. Cấp thoát nước cho các cơ sở sản xuất công nghiệp và vùng dân cư

5. Trị thuỷ: chỉnh trị các dòng sông- chống lụt, chống xói lỡ và bồi lắng trên các
hệ thống sông
6. Nuôi trồng thuỷ sản: làm hồ nuôi cá, cấp nước cho nuôi trồng thuỷ sản, đường
cá đi...
Ngoài ra thuỷ lợi còn có nhiệm vụ khác như cải tạo môi trường môi sinh, tạo nên
các khu an dưỡng, khu nghỉ mát...

2. Đặc điểm của công trình Thuỷ lợi và vấn đề lợi dụng
tổng hợp
Đặc điểm của công trình thuỷ lợi là làm việc trong nước nên chịu mọi tác dụng của
nước như tác dụng cơ học, hoá lý, thấm, tác dụng của vi sinh vật và dân sinh kinh tế.
A. Đặc điểm của công trình thuỷ lợi
1. Tác dụng của nước đối với công trình thuỷ lợi:

1


a. Tác dụng cơ học của nước
Công trình thuỷ lợi chịu tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh và động. Ngoài ra cần phải kể
đến áp lực sóng khi xuất hiện sóng và tác động của nước khi có động đất. Dòng chảy
qua công trình tháo (đập tràn, cống tháo nước) mang xuống hạ lưu một năng lượng
lớn, có thể làm xói lở mÃnh liệt bờ và đáy sông bằng đất hay đá. Vì vậy hạ lưu công
trình cần có biện pháp tiêu năng để bảo vệ hạ lưu công trình và lòng sông (hình 1-1).

Hình 1-1: Biện pháp giảm thấm và tiêu năng hạ lưu công trình trên nền đất

1-Thân đập; 2-Cửa van; 3-Sân trước; 4-Sân tiêu năng; 5-Sân sau; 6, 7, 8-Cừ

b. Tác dụng của thấm
Khi công trình tạo ra độ chênh lệch cột nước thượng hạ lưu thì sẽ xuất hiện dòng

thấm qua nền và bờ. Dòng thấm qua nền sẽ gây nên áp lực thấm, mất nước, xói ngầm
hoá học, xói ngầm cơ học, đẩy trồi đất. Để tránh các tác hại trên ta áp dụng biện pháp
kéo dài đường viền thấm như làm sân phủ phía thượng lưu (sân trước), cừ chống thấm,
hoặc màng chống thấm (hình 1-1).
c. Tác dụng hoá lý của nước
Nước có thể tác dụng lên vật liệu làm công trình và đất nền làm cho bề mặt bị bào
mòn. Sự ăn mòn của nước đối với kim loại, bê tông, đá, gỗ xảy ra khi nước có tính
xâm thực. Dòng chảy cã l­u tèc lín sÏ sinh ra vïng cã ch©n không và dẫn đến hiện
tượng khí thực. Hiện tượng xói ngầm cơ học và hoá học có thể xảy ra trong nền công
trình do dòng thấm.
d. Tác dụng của sinh vật
Một số sinh vật sống ở trong nước gây tác dụng không tốt đối với công trình như hà
ăn làm mục nát gỗ. Ngoài ra còn có một số vi khuẩn xâm nhập vào vật liệu, có loại
côn trùng gặm đá và bê tông của công trình.
2. Điều kiện thiết kế và thi công
- Điều kiện thiết kế: Các điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, khí hậu, thuỷ văn) và
dân sinh kinh tế có tác dụng quyết định đến việc chọn hình thức, kết cấu, kích thước và bố
trí các công trình trong hệ thống. Do đó điều kiện thiết kế ảnh hưởng đến giá thành cho
nên người thiết kế phải thận trọng phân tích các điều kiện một cách kỷ lưởng. Hơn nữa
điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn và dân sinh kinh tế ở các vùng xây dựng hết sức
khác nhau vì vậy việc thiết kế công trình thuỷ lợi không thể theo một mẩu mực định sẵn
nào.

2


- Điều kiện thi công: Thi công công trình thuỷ lợi vô cùng phức tạp vì diện thi công rộng,
địa hình phức tạp, nước xuyên bị nước uy hiếp, phải dẫn dòng thi công để làm công tác hố
móng- xây dựng công trình. Mặt khác việc thi công công trình thuỷ lợi phải đảm bảo liên
tục, đúng tiến độ vì vậy đòi hỏi phương án xữ lý thi công phức tạp và tốn kém. Khối lượng

công trình thuỷ lợi rất lớn nên vốn đầu tư lớn và thời gian thi công rất dài vì vậy người thi
công phải có phương án chuẩn bị nguyên vật liệu một cách đầy đủ, chính xác cho mọi thời
kỳ.
3. ảnh hưởng của công trình thuỷ lợi đối với khu vực lân cận
Có thể nói không có loại công trình nào khi xây dựng xong lại làm thay đổi lớn điều
kiện kinh tế và thiên nhiên của khu vực như công trình thuỷ lợi.
- Khi có công trình thuỷ lợi sẽ hình thành những khu vực công nghiệp, thành phố,
đường giao thông và khu dân cư mới
- Các công trình dâng nước tạo hồ chứa làm ngập lụt cả một vùng rộng lớn ở thượng lưu
và làm thay đổi khí hậu ở trong vùng. Mực nước ngầm cùng được dâng lên ảnh hưởng
đến sinh trưởng cây trồng trong vùng tạo điều kiện phát triển kinh tế tốt hơn
4. Những hậu quả to lớn do công trình thuỷ lợi bị hư hỏng
Các công trình thuỷ lợi nhất là với đập dâng nước giữ một khối l­ỵng n­íc rÊt
lín víi cét n­íc rÊt cao – khi bị hư hỏng khối lượng nước khổng lồ đó đỗ về hạ lưu với
lưu tốc cực kỳ lớn làm thiệt hại đến tính mạng tài sản nhân dân, làm tê liệt và hư hỏng các
khu công nghiệp, nông nghiệp trên một phạm vi lớn, và làm đình trệ giao thông vận tải
thuỷ...
Ví dụ: - Đập trọng lực Francis ở Mỹ hỏng năm 1928 làm cho hơn 450 ngưòi chết
- Đập vòm Manpasset ở Pháp hỏng năm 1959 đà phá huỷ cả Thành phố Frêjus và
hơn 500 người chết.
- Gần đây đập vòm Vaiong ở ý hỏng năm1963 làm 3000 người chÕt
- ë ViƯt Nam cịng ®· cã sù cè vì đập Suối Trầu (Khánh Hoà) tháng 11/1977 và
tháng 11/1978, đập Suối Hành tháng 12/1986, đập Am Chúa tháng 10/1992 cũng tại
Khánh Hoà. ở đập Dầu Tiến (Tây Ninh) sự cố tháng 1/1986 xảy ra ở cửa tràn xả sâu, khi
hồ tích nước chưa đầy nhưng do thiết kế chưa đúng tổ hợp lực nên khi làm việc, liên kết
giữa tai trụ đỡ càng van và khung thép néo dà bị phá vỡ làm cắt đứt trụ pin, phá hỏng cửa
tràn, gây ra lũ nhân tạo trong mùa khô ở hạ du sông Sài Gòn, thiệt hại về tài sản rất lớn.
Vậy ta thấy tổn thất do công trình thuỷ lợi hư hỏng thường lớn hơn nhiều so với
vốn đầu tư xây dựng nó. Cho nên người kỹ sư thuỷ lợi cần phải nhận thức đầy đủ tầm quan
trọng của công trình cũng như hậu quả của sự cố để nâng cao ý thức trách nhiệm trong

công tác khảo sát, thiết kế xây dựng và quản lý công trình thuỷ lợi.
B. Vấn đề lợi dụng tổng hợp khi thiết kế xây dựng công trình thuỷ lợi
Nước trong thiên nhiên có thể đồng thời sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, vì vậy
việc lợi dụng tổng hợp là nguyên tắc căn bản nhất khi khai thác nguỗn nước.
Khi khai thác nguồn nước cần chú ý các đặc điểm sau:
- Khi dự kiến khai thác nguồn nước cho một mục đích nào đó cần đồng thời nghiên cứu
phục vụ cho các mục đích khác. Ví dụ: khi xây dựng trạm Thuỷ điện cần kết hợp tưới
ruộng, vận tải, phòng lũ và nuôi cá...
- Trong biện pháp khai thác hiện tại cần tính đến khả năng khai thác triệt để lâu dài để
đáp ứng được sự mở rộng sản xuất trong tương lai.

3


- Cần phải nghiên cứu lợi dụng những công trình sẵn có và tránh làm gián đoạn các công
trình đang đựợc khai thác.
- Việc khai thác triệt để nguồn nước theo nguyên tắc lợi dụng tổng hợp vô cùng phức tạp
vì cùng một lúc không thể thoả mản được nhu cầu dùng nước của nhiều ngành [ vídụ: khi
tưới thì mất nước, không đảm bảo phát điện bình thường hoặc không đủ nước để đảm bảo
vấn đề giao thông...] khi đó phải dựa vào nguyên tắc ưu tiên cho ngành trọng điểm và chú
ý thích đáng đến các ngành khác.
- Việc lợi dụng tổng hợp còn phụ thuộc vào chế độ xà hội và mức độ phát triển kinh tế
của từng nước. [ vì việc khai thác nguồn nước đụng chạm đến rất nhiếu ngành kinh tế
khác nhau của một nước]

3 Phân loại và các giai đoạn thiết kế công trình thuỷ
I. Phân loại
Để phục vụ những mục đích khác nhau và tuỳ theo điều kiện tự nhiên ở các vùng xây
dựng khác nhau, thực tế có rất nhiều loại công trình thuỷ công và kết cấu của chúng cũng
rất khác nhau. Để tiện cho việc nghiên cứu ta cần phân loại các công trình thuỷ lợi theo

một số đặc tính:
1. Theo các ngành phục vụ gồm có
+
+
+
+
+

Công trình thuỷ nông
Công trình thuỷ điện
Công trình vận tải thuỷ
Công trình cấp thoát nước
Công trình phục vụ thuỷ sản

2. Theo chức năng cụ thể của công trình
+ Công trình dâng nước: Ngăn dòng chảy- dâng nước ( ví dụ: đập ngăn sông, cống
điều tiết nước, cống ngăn triều, đê biển, đê sông)
+ Công trình lấy nước: lấy nước từ sông, hồ phục vụ cho ngành dùng nước (các cống
lấy nước, trạm bơm ..)
+ Công trình tháo nước: dùng để tháo nước từ hồ chứa, từ đồng ra sông ( ví dụ: các
đường tràn lũ, cống tháo nước, cống tiêu)
+ Công trình dẫn nước: Dùng để dẫn nước từ nơi này đến nới khác (kênh, xi phông,
cầu máng, đường hầm v.v...)
+ Công trình chỉnh trị sông: là các loại đê, kè chắn sóng để điều chỉnh biến hình dòng
sông theo hướng có lợi.
3. Theo thời gian sử dụng
+ Công trình dâu dài: là loại công trình sử dụng thường xuyên hoặc định kỳ trong suốt
quá trình khai thác. Tuỳ thuộc vào chức năng, công trình lâu dài được chia thành
công trình chủ yếu và công trình thứ yếu :
- Công trình chủ yếu : là công trình mà sự hư hỏng của chúng sẽ ảnh hưởng trực

tiếp đến sự là việc bình thường của công trình đầu mối và hệ thống, làm cho

4


chúng không đảm nhận được nhiệm vụ như thiết kế đặt ra (đê, đập, công trình
nhận nước, kênh dẫn, tháp điều áp,)
- Công trình thứ yếu : là công trình mà sự hư hỏng của chúng không ảnh hưởng đến
sự làm việc bình thường của công trình đầu mối và hệ thống, có thể phục hồi
được trong thời gian ngắn (tường phân cách, công trình xả dự phòng, công trình
gia cố bờ nằm ngoài cụm đầu mối,)
+ Công trình tạm thời: Là loại công trình chỉ sử dụng trong thời kỳ xây dựng hoặc chỉ
dùng để sửa chữa công trình lâu dài trong quá trình khai thác(ví dụ : đê quai, kênh
dẫn dòng, xả lưu lượng thi công, cầu tạm,...)
4. Theo vị trí xây dựng
+ Cụm đầu mối công trình thuỷ lợi : là tổ hợp các hạng mục công trình thuỷ tập trung
ở vị trí khởi đầu của hệ thống dẫn, thoát nước; làm chức năng cấp hoặc thoát nước,
điều tiết, khống chế, phân phối nước.
+ Hệ thống dẫn, thoát nước : là tổ hợp mạng lưới đường dẫn và công trình liên quan có
mặt trong dự án.
5. Theo kết cấu và vật liệu xây dựng
+
+
+
+
+

Công trình đất
Công trình đá
Công trình bê tông

Công trình gỗ
Công trình dùng vật liệu tổng hợp

6. Theo năng lực phục vụ hoặc theo đặc tính kỹ thuật của các hạng mục công trình
Đây là cách phân loại quan trọng nhất, công trình thuỷ lợi được phân thành năm cấp
tuỳ theo quy mô, địa điểm xây dựng công trình, mức độ ảnh hưởng của chúng đến phát
triển kinh tế xà hội, an ninh quốc phòng,cũng như tác động tiêu cực đến tài nguyên, môi
trường, tổn thất về người và tài sản do sự rủi ro có thể gây ra. Sự khác nhau của mỗi cấp
thiết kế được thể hiện bằng hệ số an toàn chung của công trình và qui định về khảo sát
thiết kế.
+ Phân cấp theo đặc tính kỹ thuật của các hạng mục công trình (TCXD VN285 :
2002)
Loại công trình
1. Đập vật liệu đất, đất - đá
có chiều cao lớn nhất, m
2. Đâp bê tông, bê tông cốt
thép các loại và các công
trình thuỷ chịu áp khác có
chiều cao, m
3. Tường chắn có chiều cao,
m

Loại
đất
nền
A
B
C
A
B

C

>100
>75
>50
>100
>50
>25

>70100
>3575
>2550
>60100
>2550
>2025

A
B
C

>40
>30
>25

>2540
>2030
>1825

I

5

Cấp thiết kế
II
III

IV

V

>2570
>1535
>1525
>2560
>1025
>1020

>1025
>815
>815
>1025
>510
>510

10
8
8
10
5
5

>1525
>1220
>1018

>815
>512
>48

8
5
4


4. Hå chøa cã dung tÝch,
>1000 >2001000 >20200 >120 1
6 3
10 m
Chú thích :
1. Đất nền chia thành ba nhóm điển hình :
Nhóm A : Nền là đá
Nhóm B : Nền là đất cát, đất hòn khô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng
Nhóm C : Nền là đất sét bÃo hoà nước ở trạng thái dẻo
2. Chiều cao công trình được tính như sau :
- Với đập vật liệu đất, đất-đá : Chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng
(không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập.
- Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác : Chiều cao tính từ
đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình.
+ Phân cấp công trình theo năng lực phục vụ (TCXD VN285 : 2002)
Loại công trình thuỷ lợi

I
50

Cấp thiết kế
II
III
IV
<5010 <102 <20,2

V
<0,2

công

300

<30050 <505 <50,2

<0,2

3. Công trình cấp nguồn nước (chưa xử
lý) cho các ngành sản xuất khác có lưu
lượng, m3/s

20

<2010

1. Hệ thống thuỷ nông có diện tích được
tưới hoặc diện tích tự nhiên khu

tiêu,103ha
2. Nhà máy
suất,103KW

thuỷ

điện

có

<102

<2

II. Các giai đoạn thiết kế
Để xây dựng công trình thủy lợi (xây dựng mới, cải tạo, sửa chữa lớn, nâng cấp) phải
thực hiện theo các bước sau :
1.Giai đoạn lập dự án đầu tư thủy lợi
Trong giai đoạn này có thể làm theo hai giai đoạn sau :
2.1 Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi (BCNCTKT)
1. BCNCTKT là một giai đoạn của bước chuẩn bị đầu tư đối với các dự án thuộc
nhốm A, nhằm bước đầu nghiên cứu các luận cứ về kinh tế-kỹ thuật-xà hội-môi
trường trong vùng có liên quan đến dự án để xem xét sơ bộ :
- Sự cần thiết phải đầu tư;
- Quy mô, tổng mức đầu tư;
- Sơ bộ xác định tính khả thi của dự án;
- Dự kiến hình thức đầu tư và biện pháp huy động vốn đầu tư.
2. BCNCTKT xem xét các vấn đề quan trọng và cần thiết nhất về Kinh tế-kỹ thuật-xÃ
hội của dự án. BCNCTKT được thực hiện cần đảm bảo :
- Đúng đường lối, chính sách phát triển kinh tế-xà hội của Đảng và Nhà n­íc;

- Phï hỵp víi :

6


-

+ Quy hoạch hoặc phương hướng quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế-xà hội
của vùng và lÃnh thổ có liên quan đà được cấp có thẩm quyền phê duyệt;
+ Quy hoạch hoặc phương hướng quy hoạch tổng thể phát triển ngành có liên
quan được cấp có thẩm quyền phê duyệt, bao gồm các lĩnh vực liên quan sau
Tài nguyên nước của khu vực;
Tài nguyên đất;
Tài nguyên rừng;
Nông nghiệp và nông thôn;
Công nghiệp;
Năng lượng;
Giao thông vận tải;
Nuôi trồng thủy sản;
Các ngành liên quan khác.
Khai thác và sử dụng tổng hợp, bảo vệ bền vững tài nguyên nước, phòng tránh có
hiệu quả lũ lụt và tác hại do nước gây ra;
Gắn thủy lợi với giao thông, với xây dựng nông thôn và đô thị;
Gắn tài nguyên nước với tài nguyên rừng, tài nguyên đất khoáng sản, khí hậu,
nhu cầu và khả năng phát triển cây trồng và vật nuôi;
Đáp ứng yêu cầu bền vững và mỹ quan;
Bảo vệ môi trường sinh thái;
áp dụng công nghê, kỹ thuật tiên tiến;
Tuân thủ các tiêu chuẩn, quy phạm, các định mức kinh tế kỹ thuật;
Sử dụng vốn đầu tư có hiệu quả nhất.

1.2 Báo cáo nghiên cứ khả thi (BCNCKT)
1. Báo cáo nghiên cứu khả thi :
-

Làm căn cứ cho việc ra quyết định tiến hành công tác chuẩn bị thực hiện đầu tư;
Làm căn cứ pháp lý về kinh tế-kỹ thuật đối với việc lập Thiết kế kỹ thuật- tổng
dự toán hoặc Thiết kế kỹ thuật- thiết kế bản vẽ thi công;
Làm cơ sở để lập hồ sơ mời thầu và dự thầu công tác Tư vấn thiết kế;
Làm cơ sở để lập kế hoạch đấu thầu xây lắp.

2. Khi lập BCNCKT cần phải nghiên cứu các luận cứ về kinh tế-kỹ thuật-xà hội-môi
trường trong vùng có liên quan đến dự án, xem xét tính khả thi của dự án để làm cơ
sở cho việc lựa chọn và quyết định chủ trương đầu tư, thể hiện trên các mặt chủ yếu
sau đây :
-

Sự cần thiết phải đầu tư;
Lựa chọn hình thức đầu tư;
Lựa chọn địa điểm xây dựng;
Lựa chọn các phương án kỹ thuật công nghệ;
Xác định nguồn vốn, khả năng tài chính, tổng mức đầu tư, phương án hoàn trả
vốn đầu tư nếu có;
Xác định tính khả thi về kinh tế-kỹ thuật-xà hội của dự án;
Xác định hiệu quả của dự án.

7


3. Nội dung NCNCKT cần xem xét các vấn đề quan trọng và cần thiết về kinh tế-kỹ

thuật-xà hội cảu dự án trên cơ sở kế thừa và cụ thể hóa dự án quy hoạch hoặc
BNNCTKT nếu có để đảm bảo dự án khả thi phù hợp và thống nhất với :
-

Quy hoạch hoặc phương hướng quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xà hội của
vùng và lÃnh thổ đà được cấp có thẩm quyền phê duyệt;
Quy hoạch tổng thể hoặc phương hướng quy hoạch tổng thể phát triển ngành có
liên quan đà được cấp có thẩm quyền phê duyệt hoặc thông qua;
Quy hoạch tài nguyên nước của khu vực;
Tài nguyên đất;
Tài nguyên rừng;
Nông nghiệp và nông thôn;
Công nghiệp;
Năng lượng;
Giao thông vận tải;
Nuôi trồng thủy sản;
Các ngành liên quan khác.

4. BCNCKT cần tuân thủ :
-

Luật tài nguyên nước, các Luật có liên quan; Các Pháp lệnh có liên quan;
Các chủ trương, đường lối, chính sách, Nghị quyết có liên quan của Đảng và
Nhà nước;
Các quy định, quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm có liên quan.

2. Giai đoạn lập thiết kế công trình thủy lợi
Trong giai đoạn này có thể làm theo hai giai đoạn sau :
2.1 Thiết kế kỹ thuật - tổng dự toán
-

Trên cơ sở thiết kế sơ bộ đà được phê duyệt, cần bổ sung các tài liệu cơ bản, đề xuất
và tính toán các phương án để cụ thể và chi tiết hóa một bước các giải pháp công
trình nhằm đáp ứng các yêu cầu sau : chọn tuyến công trình và phương án bố trí
tổng thể tối ưu các hạng mục công trình chính tại đầu mối, trên tuyến dẫn và các
công trình khác.
+ Chọn phương án tối ưu về chủng loại, số lượng và bố trí thiết bị.
+ Chọn quy mô và các hình thức bố trí kết cấu công trình tối ưu cho các hạng mục
công trình chính thuộc đầu mối, tuyến đường dẫn, công trình phòng hộ và khu tái
định cư (nếu có).
+ Cụ thể hóa các biện pháp quản lý và bảo vệ môi trường nhằm khắc phục các hạn
chế các tác động xấu, phát huy hiệu quả các tác động tích cực.
+ Xác định chính xác chủng loại, số lượng, vị trí các hạng mục công trình được đầu
tư. Chi tiết hóa các kết cấu chịu lực chính đáp ứng yêu cầu đấu thầu xây lắp.
+ Chọn biện pháp và tiến độ hợp lý để xây dựng, khai thác và bảo trị một cách có
hiệu quả công trình, hạn chế gây ra các tác động tiêu cực về mặt môi trường.
+ Xác định chính xác khối lượng chính các loại vật liệu , vật tư, thiết bị và tổng dự
toán công trình theo các lô thầu được định hướng trong Quyết định đầu tư.

-

Phải phù hợp với nội dung, tiêu chuẩn kỹ thuật và cấp công trình trong BCNCKT đÃ
được cấp có thẩm quyền phê duyệt.

8


-

Tổng dự toán phải được lập trên cơ sở định mức, đơn giá, chế độ, chính sách hiện

hành liên quan đến chi phí đầu tư xây dựng và không được vượt tổng mức đầu tư đÃ
ghi trong Quyết định đầu tư.

Thiết kế bản vẽ thi công
-

Thiết kế bản vẽ thi công cần phải nghiên cứu và tính oán để cụ thể và chi tiết các
giải pháp các kỹ thuật và kết cấu công trình đà được phê duyệt trong giai đoạn
Thiết kế kỹ thuật-tổng dự toán, lập dự toán chế tạo, lắp đặt và xây dựng công
trình.

-

Hồ sơ bản vẽ thi công là căn cứ pháp lý để :
+ Làm thủ tục xây dựng chế tạo và lắp đặt.
+ Xây dựng, chế tạo và lắp đặt.
+ Giám sát kiểm tra chất lượng xây dựng, chế tạo và lắp đặt.
+ Nghiệm thu, thanh toán chi phí và bàn giao công trình.

-

Trong khuôn khổ các chủ trương về kỹ thuật và tổng dự toán đà dược phê duyệt
trong Thiết kế kỹ thuật-tổng dự toán, cần kiểm tra, khảo sát và thu thập bổ sung
các tài liệu cần thiết và nghiên cứu tính toán nhằm đáp ứng yêu cầu sau :
+ Điều chỉnh (nếu cần thiết) tuyến, vị trí các hạng mục công trình;
+ Triển khai và chi tiết hóa các kết cấu công trình và các biện pháp sử lý nền;
+ Chi tiết hóa các kết cấu kim loại, các sơ đồ bố trí và lắp đặt thiết bị;
+ Chỉ dẫn kỹ thuật thi công các hạng mục công trình quan trọng;
+ Lập bảng tiên lượng các hạng mục công trình xây dựng, các hạng mục công
trình phục vụ thi công, các công trình tạm

+ Xác định số lượng và quy cách các vật tư thiết bị.

-

Thiết kế bản vẽ thi công cần tuân thủ nội dung Thiết kế kỹ thuật-tổng dự toán đÃ
được phê duyệt, nếu điều chỉnh thay đổi cần được sự cho phép của cơ quan duyệt
Thiết kế kỹ thuật-tổng dự toán.

-

Dự toán phải được lập trên cơ sở các bản tiên lượng, các bản kê số lượng, quy
cách vật tư, thiết bị, biện pháp xây dựng, phù hợp với định mức, đơn giá, chế độ,
chính sách hiện hành.

Lưu ý : Đối với công trình được thiết kế một bước thì gộp hai gai đoạn Thiết kế kỹ thuậttổng dự toán và Thiết kế bản vẽ thi công thành một giai đoạn là Thiết kê kỹ thuật-thi công.

9


Chương 2. Lực tác dụng lên công trình thuỷ lợi
1. phân loại và tổ hợp lực
Khi thiết kế các công trình thuỷ lợi - để đảm bảo an toàn và kinh tế chúng ta phải
xác định chính xác các lực tác dụng lên công trình, mặt khác cần phải lựa chọn đúng các
trường hợp làm việc điển hình để chọn nhóm các lực đồng thời tác dụng lên công trình
phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của công trình. Điều này đỏi hỏi người thiết kế phải
nắm chắc kỹ thuật thiết kế, đồng thời phải có kinh nghiệm thực tiễn và nắm vững tình hình
đặc điểm của địa phương nơi xây dựng công trình..
Trong phạm vi chương này ta chỉ nêu và giải quyết các lực phổ biến nhất đối với công
trình thuỷ lợi, còn các lực riêng với mỗi loại công trình sẽ được tính đến trong các chương
tương ứng.

I. Phân loại lực
Để phục vụ cho việc lập các tổ hợp được sử dụng trong tính toán thiết kế công trình,
người ta phân loại tải trọng theo thời gian và tính chất tác dụng. Theo đó các tải trọng tác
dụng lên công trình được phân thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời.
1. Các tải trọng thường xuyên và tạm thời (dài hạn và ngắn hạn)
1. Trọng lượng của công trình và các thiết bị cố định đặt trên và trong công trình.
2. áp lực nước tác dụng trực tiếp lên bề mặt công trình và nền; áp lực nước thấm (bao
gồm lực thấm và lực đẩy nổi thể tích ở phần công trình và nền bị bÃo hoà nước; áp
lực của nước lên mặt không thấm của công trình) ứng với mực nước lớn nhất khi xảy
ra lũ thiết kế trong điều kiện thiết bị lọc và tiêu nước làm việc bình thường. Riêng
các hạng mục nằm trong tuyến chịu áp của hồ chứa, đập dâng còn cần phải tính thêm
các lực nêu trong mục này ứng với mực nước dâng bình thường.
3. Trọng lượng đất và áp lực bên của nó; áp lực của nham thạch (gây ra cho các hầm lò,
tuynen).
4. Tải trọng gây ra do kết cấu chịu ứng suất trước.
5. áp lực đất phát sinh do biến dạng nền và kết cấu công trình, do tải trọng bên ngoài
khác.
6. áp lực bùn cát.
7. Tác dụng của co ngót và từ biến.
8. Tải trọng gây ra do áp lực dư của kẽ rỗng trong đất bÃo hoà nước khi chưa cố kết
hoàn toàn ở mực nước dâng bình thường, trong điều kiện thiết bị lọc và tiêu nước làm
việc bình thường.
9. Tác động nhiệt lên công trình và nền trong thời kỳ thi công và khai thác của năm có
biên độ dao động nhiệt độ bình quân tháng của không khí là trung bình.
10. Tải trọng do tàu thuyền và vật trôi (neo buộc, va đập).
11. Tải trọng do các thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển và các máy móc, kết cấu khác
(cần trục, cầu treo, palăng), chất hàng có xét đến khả năng chất vượt tải thiết kế.
12. áp lực do sóng được xác định theo tốc độ gió lớn nhất trung bình nhiều năm.

10

13. Tải trọng gió.
14. áp lực nước va trong thời kỳ khai thác bình thường.
15. Tải trọng động sinh ra trong đường dẫn có áp và không áp khi dẫn với mực nước
dâng bình thường.
2. Các tải trọng tạm thời đặc biệt
1.Tải trọng do động đất hoặc nổ.
2. áp lực nước tương ứng với mực nước khi xảy ra lũ kiểm tra.
3. Tải trọng gây ra do áp lực dư của kẽ rỗng trong đất bÃo hoà nước khi chưa cè kÕt
hoµn toµn øng víi mùc n­íc kiĨm tra lín nhất trong điều kiện thiết bị lọc nước và
tiêu nước làm việc bình thường hoặc mực nước dâng bình thường nhưng thiết bị lọc
và tiêu nước bị hỏng.
4. áp lực nước thấm gia tăng khi thiết bị chống thấm và tiêu nước không làm việc bình
thường.
5. Tác động do nhiệt trong thời kỳ thi công và khai thác của năm có biên độ dao động
nhiệt độ bình quân tháng của không khí là lớn nhất.
6. áp lực sóng khi xảy ra tốc độ gió lớn nhất thiết kế.
7. áp lực nước va khi đột ngột cắt toàn bộ phụ tải.
8. Tải trọng động sinh ra trong đường dẫn có áp và không áp khi dẫn ở mực nước lớn
nhất thiết kế.
9. áp lực phát sinh trong mái đất do mực nước sông, hồ bị hạ thấp đột ngột (rút nhanh).
II. Tổ hợp lực
Để có cơ sở khi lựa chọn các lực đồng thời tác dụng lên công trình, người ta phân
các lực tác dụng thành hai loại tổ hợp lực - đó là tổ hợp lực cơ bản và tổ hợp lực đặc biệt
1. Tổ hợp lực cơ bản
Bao gồm các tải trọng và tác động : thường xuyên, tạm thời dài hạn, tạm thời ngắn hạn
mà đối tượng đang thiÕt kÕ cã thĨ tiÕp nhËn cïng mét lóc.
2. Tỉ hợp lực đặc biệt
Vẫn bao gồm các tải trọng và tác động đà xét trong tổ hợp tải trọng cơ bản nhưng một

trong chúng được thay thế bằng tải trọng (hoặc tác động) tạm thời đặc biệt. Trường hợp tải
trọng cơ bản có xét thêm tải trọng động đất hoặc nổ cũng được xếp vào tổ hợp đặc biệt.
Khi có luận chứng chắc chắn có thể lấy hai trong các tải trọng hoặc tác động tạm thời đặc
biệt để kiểm tra.
Lưu ý :
- Khi thiết kế phải lựa chọn để đưa ra tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc
biệt bất lợi nhất có thể xảy ra trong thời kỳ thi công và khai thác công trình
- Khi thiết kế công trình phải tính toán theo tổ hợp tải trọng cơ bản và kiểm tra theo
tổ hợp tải trọng đặc biệt.
- Hệ số an toàn khi tính với tổ hợp cơ bản lớn hơn tính với tổ hợp đặc biệt.

11


2. Xác định trị số của lực tác dụng
I. áp lực nước
1. áp lực thuỷ tĩnh
Phụ thuộc vào chiều cao cột nước, hình dạng công trình và trọng lượng riêng của
nước. Trị số và áp lực nước tác dụng xác định theo các phương pháp đà trình bày trong
thuỷ lực.
W2

Hình 2.1 Sơ đồ áp lực nước bùn

W4

W1
Wb

W3

G

cát và đẩy ngược. W1, W2, W3,
W4 : áp lực nước tĩnh; Wb : áp
lực bùn cát; Wđn : áp lực đẩy
nổi, Wt : áp lực thấm; G : trọng
lượng bản thân

Wđn

Wt

2. áp lực thuỷ động Wđ
áp lực thuỷ động sinh ra do dòng chảy tác động lên bộ phận công trình chắn
ngang nó (trụ pin của tràn, tường tiêu năng,). Trị số w đ phụ thuộc vào lưu tốc và hình
dạng của mặt tác dụng, wđ được xác định từ nguyên lý biến thiên động lựợng của khối
chất lỏng:
dM
Wđ = dt
- Nếu công trình chịu tác dụng là phẳng thì :
dM= Q..v.dt
Wđ = Q..v
- Khi có kể đến hình dạng mặt tác dụng và hướng dòng chảy thì :
Wđ = k.Q..v(1-cos)
Trong đó :
Q : lưu lượng phần dòng chảy tác dụng trực tiếp vào công trình (m3/s)
: khối lượng riêng cđa n­íc (kg/m3)
g: Gia tèc träng tr­êng (m/s2)
v : l­u tốc trung bình dòng chảy đến phia công trình (m/s)

: Góc giữa hướng dòng chảy với mặt phẳng tác dụng
k : là hệ số chảy vòng
k = 1 với đầu mố dạng phẳng
k = 0,7 đầu mố dạng tròn
k = 0,4 đầu mố dạng tam giác hay lưu tuyến

12


k= 0,3 0,4 với tường tiêu năng bố trí cách chân đập tràn từ (0,6 2)H1, H1 :
chiều sâu cột nước tràn.
Lưu ý: Khi dòng chảy có lưu tốc lớn, chịu ảnh hưởng của hiện tượng sóng và các điều
kiện biên sẽ phát sinh mạch động lưu tốc. Kết quả là gây ra một áp lực mạch động lên
công trình, lực này thay đổi theo thời gian và có thể xác định bằng công thứcgiải tích,
công thức nửa thực nghiệm hay bằng thí nghiệm.
II. Tác động của sóng
Khi có gió thổi liên tục, mặt hồ phát sinh sóng làm tăng mực nước trước công trình và
gây áp lực phụ tác dụng lên công trình.
1. Xác định các thông số của sóng
Các thông số của sóng như chiều cao sãng h, chu kú sãng , b­íc sãng  phơ thuộc vào
nhiều nguyên nhân như tốc độ gió w, thời gian gió thổi liên thục t, độ sâu của nước trong
hồ H, chiều dài đà sóng D (D : khoảng cách từ bờ đến công trình tương ứng với hướng
gió)
ènh sọn g

M ỉûc nỉåïc tènh

s
 ch

h/2

ho

h

h/2

 ỉåìn g trung bỗnh soùn g

ỏ ửu soùn g

Buỷn g soùn g

C hỏ n soùn g



Hình 2.2 Các thông số của sóng
- Tuỳ theo chiều sâu nước tại vùng gây ra sóng ng­êi ta chia ra 4 vïng :
1. Vïng n­íc s©u: Khi H > /2. Trong vùng này đáy hồ không ảnh hưởng đến hình
dạng và kích thước của sóng
2. Vùng nước nông : Khi /2 >H>Hpg (Hpg là độ sâu phân giới, sóng bắt đầu đổ,
có thể lấy gần đúng Hpg =(1,25-1,8)hi). Trong vùng này, càng gần bờ sóng
càng dốc về phía trước, và tới độ sâu nước Hpg sóng sẽ đổ xuống.
3. Vùng sóng xô : khi H < Hpg khu này sóng bắt đầu tan, các chất điểm nước
bắt đầu chuyển động tịnh tiến (không còn dao động sóng)
4. Khu tiếp bờ: Sóng bị phá hoại và leo lên bờ theo chu kỳ.
- Đối với hồ chứa nước thường ở vùng nước sâu. Các thông số của sóng được xác định
theo phương pháp Crưlốp (thể hiện trong qui phạm hiện hành QP.TL.C1-78) như sau :

Trị số của h và xác định theo đường giới hạn bao trên dồ thị hình 2.3, theo đó tìm
g.D
gt
g
gh
được các cặp giá trị 2 và
từ các đại lượng không thứ nguyên w2 và w . Chọn lấy
w

w

cặp giá trị bé nhất trong hai cặp số tìm được, từ đó xác định ra h và . Trị số bước sóng
trung bình lấy theo công thức :
2

g

2.

Và chiều cao sóng xác định với mức đảm bảo p%:
13


hp = kp. h

gD
Trong đó kp tra trên đồ thị hình 2.4 theo xác suất p và thông số w2 .
Xác định các thông số sóng ở các vùng khác, xem trong QPTL C1-78.

14

15


2. Tác dụng của sóng lên công trình có bề mặt thẳng đứng
- Để xác định áp lực sóng, trước hết phải xác định độ dềnh cao nhất s và ®é h¹ thÊp
nhÊt ch cđa sãng so víi møc n­íc tÜnh (h×nh 2.5a, b).
s = ks.h
ch = kch.h
- ë thêi điểm sóng làm mức nước dâng cao nhất là s thì áp lực sóng Ps không phải là
lớn nhất vì lúc đó một bộ phận phía dưới phát sinh áp lực âm (hình 2.5c). Khi độ dềnh
của sóng là đ thì áp lực sóng là lớn nhất.
đ = kđ.h

a)

b)


đ

Hình 2.5 Sơ đồ áp lực sóng lên



ch

c)

công trình có mặt thượng thượng
lưu thẳng đứng

d)

e)


h/2

h

đ

+
+

H

+

-

- Lúc đó áp lực ngang lớn nhất của sóng (tính cho 1m chiều rộng, =đ) (hình 2.5d) là
h
Pmax = kđ..h(H + 2 )
- Mô men của áp lực sóng lấy với đáy công trình :
h2 hH H2
Mmax = kmh( 6 + 2 + 2 )
Trong ®ã ks, kch, kđ, km : là các hệ số xác định từ các đồ thị hình 2.6

16

H


17


3. Xác định áp lực sóng lên công trình có mái nghiêng
- Khi sóng tiếp xúc với bề mặt công trình là nghiêng thì sẽ có sóng leo. Độ cao sóng
leo với mức đảm bảo 1% khi sóng đi tới công trình từ vùng nước sâu có H3hH1% hoặc
từ vùng nước nông H2h1% được xác định theo công thức :
hsl1% = k1.k2.k3.k4.h1%
Trong đó :
hH1% chiều cao sóng ở độ sâu H>/2 với mức đảm bảo 1%
h1% chiều cao sóng với mức đảm bảo 1%
k1,k2 phụ thuộc độ nhám tương đối : /h1% và vật liệu gia cố mái đập (tra bảng 2.1)
k3 phụ thuộc tốc độ gió và mái dốc (tra bảng 2.2)
k4 phụ thuộc tỷ số /h và hệ số mái nghiêng của công trình (tra theo đồ thị hình 27)

Hình 2.7

- Chiều cao sóng leo với tần suất p% là hslp% được xác định bằng cách :
hslp% = kp . hsl1%
Với kp tra ở bảng 2.3 theo tần suất bảo đảm p.
Bảng 2.1 : Hệ số k1, k2
Đặc trưng lớp gia cố mái

k1

k2

1

0,90

<0,002

1

0,90

0,50,01

0,95

0,85

0,02

0,90

0,80

Độ nhám tương đối /h1%

- Bản bêtông (bêtông cốt thép)
- Cuội, sỏi, đá, khối bêtông
(bêtông cốt thÐp)

18


0,05

0,80

0,70

0,10

0,75

0,60

>0,20

0,70

0,50

Bảng 2.2 : hệ số k3
Hệ số mái
Vận tốc gió  20m/s
VËn tèc giã  10m/s

K3

0,4

1,3
1,1

0,42
1,4
1,1

>5
1,6
1,2

35
1,5
1,1

B¶ng 2.3 : hƯ sè kp
Tần suất tính toán p%
Hệ số kp

0,1
1,1

1
1,0

2
0,96

5
0,91

10
0,86

30
0,76

50
0,68

- Biểu đồ phân bố áp suất sóng trên mái nghiêng được gia cố bằng các tấm bêtông có
độ dốc mái 1,5 m 5 được tính như hình 2.8, trong đó áp suất sóng lớn nhất p2 được
xác định theo công thức:
p2 = knoknb p 2 h

T/m2

Trong đó :
kno : hệ số xác định theo công thức :
kno = 0,85 + 4,8

h



+ m(0,028 1,15

h

)

knb : hệ số xác định theo bảng 2.4
p 2 : áp suất sóng tương đối lớn nhất lên điểm 2 (hình 2.8) lấy theo bảng 2.5

0.4P2
0.1P2

5

4

2

1
L1

L3

3

ốnh cọng trỗnh

Z3

P2

0.1P2

Z2

0.4P2

L2

Hình 2.8 Phân bố áp suất sóng

lên mái nghiêng được gia cố bằng
các tấm bêtông

L4

Bảng 2.4 : Hệ số knb
h/
knb

10
1,0

15
1,15

20
1,30

19

25
1,35

35
1,48


Bảng 2.5 áp suất tương đối p 2
Chiều cao sóng h (m)

0,5
3,7

p2

1
2,8

1,5
2,3

2
2,1

2,5
1,9

3
1,8

3,5
1,75

4
1,70

Trong biểu đồ trên, các tung độ Z2 , Z3 được tính :





1
1 2m 2 1 ( A  B )
2
m

  1  m2
A  h 0,47  0,023 
h  m2

h

B  h 0,95  0,84.m  0,25 



Z2  A 

Z 3  hsli %

l1 = 0,0125.L , l3 = 0,0265.L

l2 = 0,0325.L , l4 = 0,0675.L
L 

m.
4

m2  1

( m)

(Ghi chó : c¸c bảng tra, biểu đồ và công thức tính ở trên được thiết lập thông qua các
nghiên cứu lý luận kết hợp với thí nghiệm)
III. áp lực gió
- áp suất gió tiêu chuẩn được tính theo công thức:
V2
qtc = 16 kg/m2
v : vận tốc gió, m/s
- Tốc độ gió và áp suất gió có thể lấy theo các vùng theo bảng 2.6
Bảng 2.6 : áp suất gió tiêu chuẩn
V(m/s)

qtc(kg/m2)

Hải đảo, ven biển

44

120

Đồng bằng

40

100

Trung du

36

80

Vùng

Miền núi
31
- Tổng áp lực gió tiêu chuẩn tác dụng lên công trình được tính:
Ptc = qtc.S
qtc - áp suất gió tính toán đà xác định
S - diện tích chắn gió của công trình (m2)

20

60