Trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện lớn thời gian dẫn dòng thi công kéo dài vài ba năm; do đó khi xả lưu lượng dẫn dòng thi công vào mùa lũ qua cống hay tuy nen sẽ rất tốn kém. Vì vậy, một số nước đã nghiên cứu và áp dụng biện pháp xả lũ thi công qua đập xây dở dạng bậc nước. Bài viết Một vài ý kiến về công trình dẫn dòng thi công dạng bậc nước nêu một số ý kiến về vấn đề bậc nước bằng thảm rọ đá. Mời các bạn cùng tham khảo.
Một vài ý kiến công trình dẫn dòng thi công dạng bậc nước PGS TS Trần Quốc Thưởng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Tóm tắt: Trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện lớn thời gian dẫn dòng thi công kéo dài vài ba năm; xả lưu lượng dẫn dòng thi công vµo mïa lò qua cèng hay nen… sÏ rÊt tốn Vì vậy, số nước nghiên cứu áp dụng biện pháp xả lũ thi công qua đập xây dở dạng bậc nước Bài viết nêu số ý kiến vấn đề bậc nước thảm rọ đá I Đặt vấn đề: Trước đoạn sông qua chỗ địa hình thay đổi đột ngột từ cao xuống thấp phải làm công trình chuyển tiếp Nhiệm vụ công trình tiêu năng; tránh xói lở hạ lưu Trong trường hợp thường làm công trình chuyển tiếp dạng bậc nước Với công trình vĩnh cửu đập Bái Thượng, dùng vật liệu bê tông đầm lăn xây dựng dạng bậc nước, độ cao bậc nước chọn h từ 0.40m1.0m Gần đây, xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở, công trình tạm nên số công trình áp dụng rọ thép bỏ đá theo dạng bậc nước tiêu năng, giảm thiểu xói lở, như: đập đá đổ Tân Hoa, Thiên Sinh Kiều, Liên Hoa Trung Quốc, đập Sa Na úc Mức độ hiệu tiêu bậc nước phụ thuộc vào hình thức kết cấu Do cần chọn kết cấu cho hợp lý II Nội dung nghiên cứu: Chế độ thủy lực bậc nước Chế độ thủy lực từ đỉnh đập đá đổ đắp dở chảy qua bậc xuống chân đập coi hình thành nhiều bậc nước liên tiếp có dòng chảy rơi tự hình Nuớc nhảy Dòng xiết Dòng êm h pg hđ k '' hc hpg hc L Hình Chế độ thủy lực bậc nước Trường hợp bậc nước rọ thép bỏ đá có phần bậc nhô đủ rộng dòng chảy từ bậc phun xuống bậc tạo thành dạng mũi phun có góc hắt = 0, sau dòng phun có nước nhảy Khi mái hạ lưu đập đá đổ coi hệ thống bậc nước hoàn chỉnh liên tiếp Nếu bậc không đủ rộng để gói trọn dòng rơi nước nhảy dòng chảy đổ từ bậc xuống bậc thành cung cong liên tiếp, bậc ngắn dòng chảy vượt qua mũi bậc đổ xuống bậc Từ tính chất thđy lùc nµy thiÕt kÕ bËc cã chiỊu cao định [h=a(m)] chiều dài rọ thép phải có kích thước định: Lrọ = L1 + L2 + L3 (1) Lrọ - Chiều dài cần thiết rọ thép (m) L1 - Chiều dài gối vào bên thân đập (m) L2 - Chiều dài tạo bậc nước, hứng dòng rơi từ bậc phía đổ xuống (m) L3 - Chiều dài để dòng chảy sinh nước nhảy bậc nước (m) Qua nghiên cứu thí nghiệm mô hình để bậc nước có kết cấu ổn định chiều dài L1L2; thường lớn L2 để đảm bảo trọng tâm rọ nằm thiên phía thân đập (đây trường hợp bậc không hình thành nước nhảy bậc) Muốn xác định chiều dài L1 L2 cần phải tính khoảng cách phóng xa dòng chảy từ đỉnh đập đá đổ xuống bậc thứ Ta gọi X khoảng cách phóng xa X xác định theo công thøc: 51 X Z g f g Z g f3 (2) Trong ®ã fg- Cao ®é ®Ønh bËc thø nhÊt Zg- Cao ®é trung b×nh mùc níc ë ci bËc thø nhÊt Z g Z Z f3 - Cao ®é ®Ønh bËc thø hai Các ký hiệu công thức (2) thể h×nh g Zo Zo Z1 Z3 X Hình Các thông số bậc nước Khi có thí nghiệm ta sử dụng trị số đo đường mặt nước để xác định giá trị Z0, Z1 để suy Zg Khi cha cã sè liƯu thÝ nghiƯm th× tính Z0 Z1 mực nước đập tràn đỉnh rộng chảy tự Độ sâu dòng chảy mặt cắt 1-1 mũi hất (mép cuối bậc) h1 qua thực nghiệm cho thấy nhỏ độ sâu phân giới hpg, xác định theo công thøc thùc nghiƯm cđa Mooer vµ Rand h1 = 0.715hpg (3) Năng lượng dòng chảy tiêu hao qua dòng phun rơi phần khuếch tán không khí, phần tiêu hao dòng phun va đập với mặt rọ đá phần tiêu hao nước nhảy bậc (trường hợp bậc rọ đá đủ dài) Trường hợp chiều cao chênh lệch đỉnh đập đá đổ với đáy lòng sông hạ lưu lớn, bậc phải làm đủ chiều dài L= (L1 + L2 +L3) khối lượng làm rọ thép bỏ đá tăng lên nhiều Vì làm rọ đá có chiều dài L=(L1 + L2) để giảm bớt chiều dài xây dựng tạm thời xả lũ thi công; song để giảm bớt chiều dài xây dựng tạm thời xả lũ thi công, để đảm bảo an toàn cho công trình cần phải chấp nhận việc tăng 52 cường công tác gia cố tăng đường kính thép hàn lưới rọ, tăng thép néo Tính kết cấu cho rọ đá trình bày phương pháp tính thủy lực cho mái đập đá đổ thiết kế theo dạng bậc thang Để đáp ứng tình hình thủy lực chịu vận tốc dòng chảy xả lũ thi công dùng rọ thép thông thường mà thiết kế loại rọ thép bỏ đá phi tiêu chuẩn Dưới giới thiệu cách tính toán rọ thép bỏ đá a Nguyên tắc bố trí rọ đá chi tiết: Với quan điểm độ bền ổn định, rọ đá công trình phải thoả mãn yêu cầu: + Phân bố lưới thép công trình đồng đều; + Công trình không bị biến dạng lực cắt gây Muốn đạt yêu cầu thứ hai nên bố trí nhiều thép thẳng đứng song song với hướng tác dụng lực cắt b Rọ thép bỏ đá + Hình dạng tương tự rọ đá, kết cấu chắn hơn, lưới không dùng lưới thép đan bện mà dùng thép có đường kính từ 4mm trở lên hàn liên kết thành lưới theo kích thước thiết kế, ô lưới dạng hình vuông: aa =10cm 10cm hc a a = 15cm 15cm Thép làm khung rọ có đường kính lớn, dùng thép 2026mm; rọ vách ngăn làm khung để tăng độ bền ổn định cho thảm rọ đá Để chống phá hoại dòng chảy, nắp rọ dùng thép 2226 hàn nối với thép khung rọ; khoảng cách chia ô để hàn 1.0m 1.0 1.5m 1.5m Loại rọ đá dùng bảo vệ mái đập đá đổ xây dở cho tràn nước để xả lũ thi công Nhằm giữ ổn định trôi rọ đá gradien dòng chảy lớn, đáy rọ dùng thép néo, đường kính thép néo 2226 Mật độ thép néo phụ thuộc vào gradien dòng chảy Một số công trình bố trí thÐp nÐo theo d¹ng hoa mai, víi cù ly 1m 1m hc 2m 2m hc 3m 3m; cố định thép néo vào cục bê tông: 0.5m 0.5m 0.5m chôn sâu vào thân mái đập; chiỊu dµi thÐp nÐo tèi tiĨu lµ 3m, lín cã thể đến 78m thông qua tính toán lực kéo đáy rọ N ắp đậy Thép khung Thép Vách ngăn + Lực cắt giới hạn mặt rọ tính theo công thức: c®= C(® - w) t (T/m2) (6) Trong ®ã: t- Chiều dày rọ (m) đ - Trọng lượng đơn vị đá (T/m3) C - Hệ số thực nghiệm lấy sau C=0.10 rọ bỏ đá, C=0.047 với đá rời + Lực cắt giới hạn rọ ®¸ ë hai m¸i bê, theo [1]: cm=c® Sin 1m 1m 3m Hình Mô tả cấu tạo rọ thép c Tính kết cấu rọ thép: Rọ phải đảm bảo không bị trôi, tức ổn định tác dụng dòng chảy Chiều dày rọ xác định sau: - ứng suất cắt mặt rọ đ=whi mái bờ hai bên m=0.75 đ ta cã: 2 m 75 w h i 75 w n V (T/m ) (4) R1/3 Trong ®ã: w - Dung träng cđa níc (T/m3) h- ChiỊu s©u trung bình dòng chảy (m) i- Độ dốc đường mặt nước n- HƯ sè nh¸m cđa rä V - VËn tèc trung bình dòng chảy (m/s) R- Bán kính thủy lùc (m) Khi cha cã sè liƯu thÝ nghiƯm m« hình vận tốc V tính theo công thức Manning: V=1/nR2/3 i1/2 (5) Trường hợp dòng chảy trượt bậc thang tạm lấy i=i mái đập hạ lưu (Z/L, Z chênh lệch độ cao tính từ đỉnh đập đá đổ đến đáy sông hạ lưu, L chiều dài bậc từ đỉnh đập đá đổ đến chân bậc cuối cùng) Còn bán kính thủy lực R bề rộng đập tràn đá đổ tương ®èi lín th× lÊy Rh (T/m2) (7) Sin - Góc nghiêng mái dốc bờ so với mặt phẳng nằm ngang (độ) - Góc nghỉ tự nhiên đá, rọ đá thường lấy = 41 Điều kiện ổn định thảm rọ đá mái hai bờ là: mcm (8) Cân giá trị m cm tìm chiều dày t rọ đá Dựa theo cách tính chiều dày rọ đá thường không lớn, nên theo kinh nghiệm thực tế người ta chọn chiều dày rọ đá theo vận tốc tới hạn dòng chảy (Vth) Khi mà vận tốc lớn 5m/s cần dùng rọ đá có chiều dày 0.50m trở lên Một số ví dụ Trung Quốc dùng rọ thép bỏ đá a Công trình thủy điện Thiên Sinh Kiều Công trình bậc thang thủy điện cấp I sông Hồng; chiều cao đập đá đổ mặt bê tông 178m, chiều dài đỉnh đập 1168m, khối lượng đắp đập 18.750.000m3, tổng dung tích hồ 10.26tỷ m3, công suất lắp máy 1200MW (4*300MW) + Phương án dẫn dòng sau: Năm đầu xả lưu lượng thi công qua nen dẫn dòng (13.5 13.5m) tích nước hồ (do đê quai thượng hạ lưu ngăn nước); Q=1670m3/s 53 Mùa lũ năm thứ xả lưu lượng thi công qua nen dẫn dòng đoạn đập đắp dở (B=300m) Để lựa chọn kết cấu dẫn dòng hợp lý, tiến hành thí nghiệm mô hình tỷ lệ 1/100 Qua thí nghiệm xả cấp lưu lượng Q=2500, 3000, 3500, 4400, 5500, 6500, 7760, 9670, 10800m3/s míi chän kÕt cÊu rä thép bỏ đá gia cố đoạn đập xây dở hợp lý + KÕt qu¶ x¶ lò thùc tÕ Mïa lò năm 1995 mặt đập tràn nước 11 lần, theo thống kê thời gian xả lũ 1848giờ, lưu lượng đến lớn sông 4750m3/s, lưu tốc bình quân 13.72m/s Mùa lũ năm 1996 mặt đập tràn nước xả lũ lần, theo thống kê thời gian tháo lũ 348giờ; lưu lượng đến lớn sông 3790m3/s, lưu tốc bình quân 10.32m/s + Kết quả: Qua mùa lũ lớn, đoạn đập đắp dở an toàn Hình Sơ hoạ mặt cắt ngang đập tràn nước xả lũ (đập Tân Hoa) Kết tính đường kính đá quy đổi bảo vệ mặt lưu tốc tràn qua mặt đập cao trình 1928m ë b¶ng B¶ng Quan hƯ V~d cđa mặt đập đắp dở Tân Hoa V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 (m/s) d (m) 0.02 0.09 0.20 0.35 0.55 0.80 G (kg) 0.8 16.5 82 250 617 1307 Công trình xả lũ thi công năm 2002 an toàn hoàn thành xây dựng năm 2005 54 Thực tế cho thấy để an toàn, thí nghiệm với nhiều cấp lưu lượng cấp lớn xả qua đập đắp dở gần gấp lần lưu lượng tính toán thực tế xảy b Công trình thủy điện Tân Hoa Hồ chứa nước Tân Hoa xây dựng thượng lưu sông Quan Thôn thuộc nhánh sông Ngư Hà địa phận thôn Phát Đông xã Tân Vân huyện Hội Đông tỉnh Tứ Xuyên công trình thủy lợi loại vừa có nhiệm vụ sử dụng tổng hợp, lấy nước tưới kết hợp cấp nước cho thành thị, phát điện kiêm chống lũ, nuôi cá du lịch Đập ngăn sông đập đá đổ đầm nén tường tâm đất sét, chiều cao lớn đập 66m, mặt đập rộng 8m, chiều dài theo tuyến tim đỉnh đập 238.75m + Phương pháp dẫn dòng Mùa khô xả lũ qua nen dẫn dòng, mùa lũ xả qua nen đoạn đập đắp dở Đoạn đập đắp dở xả lũ thường chia bậc hình Ghi chú: (1) Đê quai (2) Khối đá nén (3) Rãnh đổ bê tông (4) Màng composit (5) Đá lát khan (6) Đá đắp đập (7) Rọ thép bỏ đá (8) Lớp bê tông đệm IIi Kết luận: Phương pháp xả lũ thi công qua đoạn đập đắp dở mang lại hiệu kinh tế lớn, nên Trung Quc dùng phổ biến Tuy nhiên, để áp dụng phương pháp Trung Quốc thí nghiệm nhiều phương án khác với nhiều cấp lưu lượng, có số cấp lớn tính toán để đảm bảo an toàn xả lũ thi công Chúng xin giới thiệu để bạn đọc tham khảo Một số nội dung chi tiết xả lũ thi công qua đập đắp dở nêu vào dịp khác Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Khánh Tường (2001); Rọ đá công trình Thủy lợi - Giao thông - Xây dựng NXB Xây dựng [2] Trần Quốc Thưởng (2005), thí nghiệm mô hình thủy lực công trình NXB xây dựng Hà Nội [3] Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te (2007); Đập tràn thực dụng NXB Xây dựng Hà Nội [4] Viện Khoa học Thủy lợi (2007); Báo cáo tổng kết đề tµi cÊp Nhµ níc m· sè 6-201J Abstract soMe recommendations on step -based weir hydraulic structures for constructive flow discharge Tran Quoc Thuong Construction work of hydraulic structures for various water resources and hydropower projects are requiring long time of constructive flow discharge i.e some to three years In flooding period, constructive flow discharge through sluice or tunnel structures will demand a large invested budget Thus, in dealing with problem, in some countries, constructive flow discharge by incomplete step-based weir has been researched and applied into construction phase This paper intends to present some recommendation on subject of incomplete step-based weir with laid-down steel-galvanized rock gabion 55 ... 10.26tỷ m3, công suất lắp máy 1200MW (4*300MW) + Phương án dẫn dòng sau: Năm đầu xả lưu lượng thi công qua nen dẫn dòng (13.5 13.5m) tích nước hồ (do đê quai thượng hạ lưu ngăn nước) ; Q=1670m3/s... tới hạn dòng chảy (Vth) Khi mà vận tốc lớn 5m/s cần dùng rọ đá có chiều dày 0.50m trở lên Một số ví dụ Trung Quốc dùng rọ thép bỏ đá a Công trình thủy điện Thi n Sinh Kiều Công trình bậc thang... đá đổ thi t kế theo dạng bậc thang Để đáp ứng tình hình thủy lực chịu vận tốc dòng chảy xả lũ thi công dùng rọ thép thông thường mà thi t kế loại rọ thép bỏ đá phi tiêu chuẩn Dưới giới thi u