Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý khắc phục khí thực ở dầm tiêu năng trên dốc nước - áp dụng cho tràn xả lũ hồ Yên Lập

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xincam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các kết quả nghiêncứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồnnào và dưới bất kỳ hình thức nao Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiệntrích dan và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Vũ Quang Hậu

LỜI CẢM ƠN

Hiện nay, ngày cảng nhiều các công tình thủy lợi, thủy điện được xây dựng để khai

thác năng lượng của nguồn nước phục vụ cho nhu cầu sản xuất và din sinh kính tỀ gop

phan thúc day đất nước phát triển Tuy nhiên việc sử dụng các biện pháp công trình

khai thác tiểm năng của dong chảy tự nhiên 1a một điều không hé dễ ding, một trong

những vẫn đề chúng ta phải đối mặt ở hầu hết các công trình là sự xuất hiện các hiện

tượng thủy lục bất lợi cũa dòng chảy có lưu tốc cao trên công trình tháo, rong đó nỗi

bật hơn cả la hiện tượng khí hóa — khí thực Khí thự tác động lên công trình làm phá

hỏng vật liệu bề mặt lòng din hoặc các thiết bị tiêu năng đặt trong lòng dẫn, nếu diễn

biển lâu đãi khí thực có thé gây ra các sự cố nghiêm trong trong quá tình khai thác sử

dụng công trình Chính vì thể việc tìm hiểu, nghiên cứu về khí thực để đưa ra các giải

Nhận thấy,

tắm quan trong của công tác nghiên cứu tinh toán về khí thực ở các công trình tháo, tác

giả đã quyết định lựa chọn để tải luận văn thạc sĩ: * NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HOP

LY DE KHÁC PHỤC KHÍ THUC 6 DAM TIÊU NANG TREN DOC NƯỚC - AP

DUNG CHO TRAN XA LŨ HO YEN LAP

pháp phòng tránh và khắc phục cho công trình ngày cảng trở nên cấp t

(Qua diy tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thiy giáo GS.TS Phạm Ngọc

CQuý,là người đã rực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tân tỉnh trong thời gian tác giả thực

hiện bài luận văn này Bên cạnh đó, tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến các thaycô giáo trong nhà trường và các bạn bè, người thân đã nhiệt tỉnh giúp đỡ và góp ý để

tác giả hoàn thành bai luận văn.

Do thời gian cũng như kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên việc nghiên cứu

và thực hiện đề tài không thé tránh khỏi những thiết sót, rt mong được sự chỉ bảo cũa

thấy cô giáo sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học và các ban đồng nghiệp để đề

tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn.

“Xin chân thành cảm ơn |

LỜI CẢM ƠN.

MỤC LUC

DANH MỤC CÁC HÌNH ANT ossDANH MỤC BẰNG BIEU viiMG DAU sesnssnennenennenmanenmanennatanennanennanennamanmnnanmnnmmnnnmnnnnee L

1 Tinh ep thiế của đề: 1

2 2

3 Cách tiếp cận va phương pháp nghiên cứu: 2

4 Kế guáđạt được 3CHUONG ITONG QUAN VE DOC NƯỚC VÀ CÁC HIỆN TUQNG THỦYLUC BAT LỢI TREN DOC NƯỚC

LA Khối quit vé de nước 4

LIA Đốc nước và phân loi dốc nước 4

1.1.2 Đặc điểm cấu tạo và chức năng của đốc nước 8

1.1.3 Pham vi ứng dụng của đốc nude 16

1.2 Tổng quan về các hiện tượng thủy lực bắt lợi trên dốc nước 7

12.1 Dae điểm của ding chiy trên đốc nước "

1.2.2 Các hiện tượng thủy lực bat lợi trên dốc nước, 181.3 Gidi phip khắc phục các hiện tượng thủy lực bất lợi trên đốc nước 25

1.3.1 Các giải pháp đã được nêu ra trong các tai liệu giáo trình 2

13.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 2

1.4 Các vấn để tồn tại và hướng nghiên cứu, 31

LAL Các vấn để tổn ta ma

142 Hướng nghiên cứu x

15 Két luận chương 1 32

CHUONG 2CƠ SỞ LÝ THUYET VE HIỆN TƯỢNG KHÍ HÓA VÀ KHÍ THỰC'Ở ĐÀM TIÊU NĂNG TREN DOC NƯỚC

2.1 Hiện tượng khí hóa 3B2.41 Khai nigm B2.4.2 Điều kiện phat sinh khíhóa _

2.1.3 Các thông số đặc trưng của khi hóa 34

22 Hiện tượng khí thực 36

22.1 Khái niệm 36

2.2.2 Co-ché phit sinh khithực 36

22.3 Thông số đặc trưng của khí thực 38

2.3 Khíhóa khí thy ở dầm tiêu năng trên dốc nước 4023.1 Hình thức dim tiêu năng trên đốc nước 4023.2 Die điểm thủy lực của dòng chảy trong đốc nước có bổ trí dim tiêu năng

2.3.3 Hiện tượng khí hoa khí thực ở đầm tiêu năng trên dốc nước 2

2⁄4 Kiểm tra sự xuất hiện khí hóa tại các dim iều năng trên dốc nước 4

2.6.1 Giới han kh hoa dang chảy ở giải đoạn đầu 482.6.2 Lựa chọn vật liệu theo độ bên khí thực 49

26.3 Dẫnkhông khí vào miền ha ép sỉ

2.6.4 Dẫn nước vào vùng hạ áp $4

2.6.6 Lập quy trình vận hành hợp lý 372.7 Kế luận chương 2 9

CHƯƠNG 3LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LY KHAC PHỤC KHÍ THỰC ỞDAM TIÊU NANG TREN DOC NƯỚC CUA TRAN XA LŨ HO YEN LẬP 60

3.1 Giớithiệu công trình sp

3.LL Viti của công trình oo

32 _ Hiện trạng khí hóa - khí thực ở dim tiêu năng trên đốc nước 66

3⁄21 Hiện trạng của trim xa la 66

3.2.2 Hiện trạng khí hóa — khí thực ở dam tiêu năng trên dốc nước 6T3.3 Kiểm tra khíhóa ~ khí thực ở dằm tiêu năng trên đốc nước 6

33.1 Số liệu va trường hợp tinh toán 63.3.2 Kiểm ra kha năng khí hoa ở dim tiêu năng _3.3.3 Kiểm tra khả năng xâm thực tại dim tiêu năng theo lưu tốc ngưỡng xâm

thực Tô

334 KẾt luận khả năng khí hia ~ khí thực ở dằm tiêu năng m

34 Lựa chọn giải pháp hop lý khắc phục khí thực ti cc dm tiêu năn, I

34.1 Tiêu chi iva chọn giải pháp 1342 Các giảipháp khắc phục 1

3⁄43 - Lựa chọn giảipháp hợp lý 80

35 Két lun chương 3 8KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ.

1 Kết 8

3 Các kiến nghị 85

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

Hình 1.1 Sơ dé đốc nước dién hình " od

Hinh 1.2 Phân loại đốc nước theo địa chất nền 5

Hinh 1.3 Phân loại dốc nước theo vật liệu 6Hình 1.4 Phân loại độc nước theo tuyến ; 6

Hình 1.5 Phân loại dée nước theo hình dạng mặt edt dọc, 6

Hình 1.6 Phân loi độc nước theo hình dang mat bằng 7

Hình 1.7 Phân loại độc nước theo hình dang mặt et ngang, 7Hinh 1 8 Phân loại đốc nước theo độ dốc 7

1.9 Phan loại dốc nước theo hình thức kết hop 7

Hình 1.10 Phân loại dc nước theo hình thức nhám rên thân độc 81.11 Phân loại đốc nước theo hình thức tiêu năng cỗ de 8

Hình 1-12 Các hình thức kết cầu bản đáy dốc nước io

Hình 1.13 Đoạn thu hep dốc nước mHình 1.14 Đoạn cong của đốc nước "Hình 1:15 Các loại mô nhim gia cường 2nh 1.16 Các hình thức tiêu năng đầy 131.17 Các hình thức iêu năng phóng B

Hình 1.18 Mé hat va trơng hướng đồng cuối mắng phun 14

inh 1:19 Dée nước sau ngưỡng rn co s00 cnsooTEHình 1.20 Dốc nước tràn xa lũ bên vai đập : : 15

Hình 1.21 Dốc nước nồi tiếp tuyển kênh qua khu vực địa hình de 15

Hình 1.22 Khí thực rên đốc nước và mổ tiêu năng 9

Hình 1.23 Sơ đồ dng chảy tự hàm khí 20

Hình 1.24 Cơ chế cuốn không khí vào dòng chảy qua mặt thoáng 20

Hình 1 25 Sự hình thành sóng xiên 22Hinh 1.26 Sông xiên thoải và sông xiên đc, 2

inh 1.27 Sóng trong đốc nước 3inh 1.28 Mồ nhim dang dim vuông góc trên dốc nước 35

Hình 1.29 Mai phun phan tin đồng chày 35Hình 1.30 Mặt cất ốc hình tam giác va hình paraboL 26

Hình 1.31 Giải pháp ting chiều cao tường bên khi có hàm khí 26

Hình 1 32 Ket cd phương án kiến nghị cia bi nghiên cứu 2

in 1.33 Hình ảnh xâm thực do mực nước thay đổi 28

Hình 1.34 Hình ảnh thẳm thiết vôi từ trong bê tông ra ngoài 28

Hình 1.35 Khí thực trên mặt mũi phun đường tràn xã là hồ Kẻ Go 29

Hin 136 So bd phn Kirn an x 1 Ci Dạ +Hình 1.37 Đập Hoover ~ My, ; 30

Hình 1.38 BO trí ống thông nước cho mỗ tiêu năng : : 31

Hình 2.1 Hiện tượng khi hóa 33

Hình 2.2 Anh hưởng của giai đoạn khí hóa đến cường độ khí thực 36Hinh 2.3 Sơ đỗ lan truyền sóng xung kích khi tiêu bong bóng khí bị tiêu hủy 37

Hình 2.4 Quan hệ Vụ, =f (Ry, S) của be

tông 39

Mình 2.5 Sơ đồ bổ trí dâm tiêu năng trên dốc nước,

Hình 2.6 Các dạng dòng chảy trên dốc nước có dam tiêu năng.

Hình 2.7 Hiện tượng khí hóa va khí thự ở dim tiêu năng rên dốc nước.Hình 2.8 Sơ đồ xác định Ky, của bậc lồi theo chiều dòng chảy

Hình 39 Biêu đồ quan hệ 2) = /⁄2): 2 = (BUA); ð⁄4 = (LIA)

Hình 2.10 Giải pháp bọc thép bề mặt dim tiêu nang

Hình 2.11 Các hình thức bổ rỉ hệ thống tiếp khi cho dim tiêu năngHình 2.12 Tiếp khi cho dim tigu năng với công trình làm môiHình 2.13 Tiếp khi cho dim tiêu nang với công trình sửa chữa

Hình 2.14 B6 tị dẫn nước vào vùng hạ áp phia sau dim tiêu năng,

inh 3.1 Vị tí cụm công trình đầu mỗi trên bản đô Tỉnh Quảng À

THình 3.9 Hình ảnh hiện trạng khí thực ti vị trí các dim tiêu năngHình 3.10 Giải pháp gia có dim bằng bê tong M25

Hình 3.11 B6 trị sờ chắn nước tiếp khí cho dim tiêu năng,Hình 3.12 Sơ đồ tinh kích thước gờ chấn

Hình 3.13 Bổ trí dng thông nước dưới đáy dâm,

Hình 3.14 Giải pháp lựa chọn hình thức lim gi chân

6566

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 2.1 Giá trị áp suất hóa hoi của nước ở các nhiệt độ khác nhau 33

Bảng 2.2 Quan hệ giữa cOt nước áp lực khí ti và cao độ “

Bảng 2.3 Trị số của cột nước áp lực phân giới “Bảng 2.4 Chiều cao nhim tuong đương trên bề mặt của một số vt liu chín, 45Bang 3.1 Tính toán đường mặt nước trong đốc nước có dam tiêu năng 86Bảng 3.2 Tinh toán đường mặt nước trong đốc nước có đầm tiêu năng (tgp theo) K7

Bảng 3.3 Tính toán hệ số khí hóa thực tế của dòng chảy tại các dim tiêu năng #8

Bảng 3.4 Tính toán hệ số khí hỏa thực tẾ của đồng chảy ti các dim tiêu năng (tiếptheo) 89Bang 3.5 Tinh toán khả năng tự ham khí của dòng chảy trên đốc 90

MỞ DAU1 Tính cấp thiết của đề tà

Trong những năm gần đây, chúng ta xây dựng hàng ngin công trình đầu mỗi thủy lợi

để phục vụ các mục dich dân sinh kinh t, phát triển đất nước Do mức độ quan trong

và đặc thù của công trình thủy lợi, những yêu cầu về đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh

tế ong vie tính toán thiết kế, thí công và qui ý kha thác đặt ra ngày cảng cao

“Công trình tháo nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của một hệ thông

thủy lợi Kha năng tháo nước và sự làm việc an toàn của công trình tháo nước có ảnh.

hưởng trực tiếp đến an toàn bản thân công trình đầu mỗi cũng như khu vực hạ du công

trình Đặc thù của công trình tháo nước là lam việc trong điều kiện có chênh lệch rõ rệtmực nước thượng hạ lưu, dng chảy qua công tinh tháo nước thưởng là ding xiết và

có thé gây ra các hiện tượng thủy lực bắt lợi như ham khí, khí thực, sóng xung kích,

xói lỡ hạ lưu Vi vậy việc tính toán kiểm tra khả năng xảy ra các hiện tượng thủy lựcbất lợi trong quá trình xã lũ của công trình tháo là hết sức cần thiết, từ đó nghiên cứu

đề ra các giải pháp hop IY phòng tránh và khắc phục đảm bảo khả năng kim việc của

công trình tháo và an toàn cho công trình

Đáng chú ý là vin đề khí hóa — khí thực vẫn đang là một rong những nguyên nhânchính gây ra các sự cổ hư hỏng trong quả tình vận hình đối với ác công trình đã xây

dựng và chưa được chi trọng đúng mức đối với các công trình xây mới, Điều nảy đỏi

hoi trong tính toán thiết kế cũng như thi công xây dựng các công trình mới phải đượcđể cập dy đã hơn đến vẫn đề khí thực và các biện pháp kĩ thuật chuyên môn để phòngngừa sự cố, cùng với đó ở các công trinh đã xây dựng cũng cin tính toán kiểm tra để

có biện pháp khắc phục hợp lý và kịp thời

Thực trạng ở nước ta đa phần các hd chứa xây dựng lâu năm có hình thức đập dâng là

đập vật liệu dia phương với dạng công trình thio phổ bin là trần xa li bên vai đập

Đối với trần xa lĩ ở các công trình này thường bổ trí dốc nước nguy sau ngưỡng trầnđể tháo nước về hạ lưu Dốc nước thường khá dai và có độ dốc thuận chiều dòng chảynên lưu tốc đồng chiy rit lớn, vin đỀ lưu tốc lớn chỉnh là nguyễn nhân làm xuất hiện

các hiện tượng thủy lực bat lợi trên dốc nước gây nguy hiểm cho công trình nhất là đổiới các công trình đã làm việc một thời gian dài Đã có nhiều công winh xây ra sự cỗ

hư hỏng bề mặt ảnh hưởng đến hiệu qua làm việc do các nguyên nhân liên quan đến

hiện tượng khí hóa = khí thực gây ra như đườn tràn công trình đầu mỗi Hòa Bình, Nam“Thạch Han, Thác Bà, Phú Ninh.

Công trình hồ chứa nước Yên Lập là một vi dụ điển hình cho việc dốc nước của tràn

xã lũ bị xâm thực tại vị trí các fim tiêu năng bố trí trên bề mặt đốc nước Để khắc

phục được hiện tượng này cin phải nghiên cứu tính toán lựa chọn giải pháp tiếp khí

hop lý cho dim tiêu năng trên đốc nước đảm bảo được hiệu quả thio nước và an toàn

nhcho công.

2 Mục tiêu nghiên cứu:

~ Nghiên cứu hiện tượng khí thực trên dốc nước xảy ra ở các dằm tiêu năng vả giảiháp phòng tránh, khắc phục

~ Dé xuất giải pháp hợp lý khắc phục khi thực ở dim tiêu năng trên dốc nước.

~ Ap dụng đưa ra giải phấp hợp lý khắc phục khi thực ở dim tiêu năng cho de nước

32 Phương pháp nghiên cứu:

~ Kế thừa các nghiên cứu trước đã có.

~ Thu thập tả liệu từ công tinh thực tế

- Tìm hi ti liệu lý thuyết tham khảo các công thức thực nghiệm để tính toán kiểm

tra và để xuất các giải pháp,

~ So sánh, phân tích và đánh giá kết quả và lựa chọn giải pháp hợp lý.

~ Tính toán kiểm tra và đưa ra giải pháp hợp lý khắc phục hiện tượng khí thực tại các

vị trí dm tiêu năng trên đốc nước tràn xa lũ hồ Yên Lập.

CHUONG1 TONG QUAN VE DOC NƯỚC VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG‘THUY LỰC BAT LỢI TRÊN DOC NƯỚC:

LA Khái quất về đốc nước

LLL Đắc nước và phân loại đắc nước1.1.1.1 Khải niệm đắc nước

Đốc nước là một trong các thành phần công trình của đường trin dọc tháo lũ ven bở, là

loại kênh dẫn hở có độ dốc lớn, được xây dựng trên nền đất hoặc nẻn đá, nói tiếp sau.

ngưỡng tran để đưa nước xuống hạ lưu (hình 1.1)

Đường trin dọc tháo lũ ven bờ là loi công trình tháo lũ kiểu mặt và thường gặp nhất

khi không được phép hoặc không có điều kiện dé tháo nước qua thân dip Các bộ phận

của đường tin tháo Ii bao gồm kênh dẫn vio và tường cảnh phía thượng lưu, ngưỡng:

tràn (có thé là tràn tự do hoặc có cửa van), kênh tháo để đưa nước xuống hạ lưu (đốc

nước hoặc bậc nước) và bộ phận tiêu năng Loại công trình nay có các wu điểm là

+ Thi công và quản lí đơn giản vì nó dạng công trình hở;

+ Xây dưng được trong nhiều điều kiện địa hình khác nhau, 6 thể bổ trí ở đầu

đập, sát ven bở hoặc ở những ving eo núi khác trong lưu vực, cách xa thân đập;

+ Yêu cầu về địa chất không cao, cổ thể xây trên nén đá, nền đá xấu và cả trênnên dat;

+ Lưu lượng tháo có thé từ hàng chục mỶ/s đến hang vạn m’/s, chiều dai điện

trấn thing chục đến hing trim mét, tùy theo yêu cầu của công trnh, phụ thuộc vàođịa chất của nên và hạ lưu công trình;

+Visit đụng hoặc tăng khả năng thảo Ii của công tri không phúc tạp nh

công trình ngầm, độ an toàn về sự phông tháo lũ lớn, đo đồ nó là loại công tỉnh thio

lũ an toàn.

Nhu vậy có thể thấy đốc nước là một thành phần rất quan trọng của đường tràn dọckhông chỉ có tắc dụng tháo nước xuống hạ lưu mà còn đảm bảo được sự an toàn chocông trình khi hoạt động,

1.1.1.2 Phân loại đốc nước

Theo địa chất nền: dốc nước trên nền đá, dốc nước trên nền đất;

Hình 1.2 Phân loại đốc nước theo địa chất n4) Đốc nước trên nàn dit; b) Doe nước trên nền đã

~ Theo vật liệu kim đốc nước: dốc nước làm bing bê tông, đốc nước làm bằng bê tôngcất thép,

chất tốt

Hình 1.3 Phân loại đốc nước theo vật liệu

4) Đốc nước làm bằng bê tông cốt thép; b) Doe nước làm bằng bé tôn;©) Đắc nước làm bằng đá xây: d) Dắc nước bằng chỉnh mái đào địa chất tắt~ Theo dang tuyến: dốc nước thẳng, đốc nước cong;

Hình 1 Phân loại đốc nước theo tuyển

4) Tuyén thắng; 6) Tuyển cong

- Theo hình dang mặt cắt dọc: đc nước có độ đốc không dỗi đc nước có độ đốc thay

đổi (gồm nhiễu đoạn có độ dốc khác nhau), dốc nước có dạng mặt cắt dọc thích ứngvới điều kiện địa ình (đốc lượn)

„ _ Hình 1.5 Phân loi đốc nước theo hình dang mặt et doc

4) Đã đắc không đi; b) Độ dBc thay đổi < ig <x); ©) Uan lượn theo dia hình

= Theo hình dạng mặt bằng: đốc nước có bé rộng không đổi, dốc nước có 88 rộng thayđội (mở rộng hay thu hợp

>) — 9

„ Hình 1.6 Phân loại đốc nước theo hình dạng mặt bằng ——_

4) Bề rộng không đi; 6) Be rộng mở rộng din; Bê rộng thu hep din

Theo hình dang mặt cắt ngang: Dắc nước có mặt cất ngang hình chữ nhật hình

thang; hình móng ngựa, hình bán nguyệt

= Theo hình thức nhám trên thân đốc : Dốc nước có bổ trí nhám, nước không bổ trínhám.

4) Đắc mức Không có mồ nhậm; 6) Đắc nước có

Theo hình thức tiêu năng cuỗi dốc nước: Dc nước cỏ tiêu năng cuối ốc dạng tiêunăng day (bể tiêu năng, bé kết hợp tường tiêu năng ; đốc nước cổ tiêu nang cuối đốc

dang tiêu năng mặt (mũi phóng, máng phun kết hợp tường hướng dng )

112 Đặc điễm cấu tạo và chức năng cia déc nước1.1.2.1 Đặc điểm cầu tạo

4) Đặc điểm mặt edt ngang:

Đốc nước là dang lòng dẫn hở nên hình dạng mặt cắt ngang của dốc nước mang đặc

tính điền hình của dạng kênh dẫn ho, tuy nhiên về chỉ tiết sẽ có sự khác nhau rõ rệt

trong các trường hợp đốc nước xây dụng trên nên dé và dốc nước xây dụng tr

đất cụ thể như sau:

- Đối với đốc nước xây dựng trên nền đắt, mặt cắt ngang đốc thường có dạng hình

thang mái dốc 1:1 đến 1:15, cũng có trường hợp mặt cắt ngang hình chữ nhật hai bênbờ là tường trọng lực (Hình 1.24)

Đối với đốc nước xây dựng rên nền đá, mặt cắt ngang thường là dạng hinh chữ nhật

hoặc là hình thang mái rit đốc (Hình 1.2b).

b) Đặc điểm mặt cắt dọc:

- Đối với dốc nước trên nền dit, mặt cắt dọc dốc nước được chia thành một số đoạn

nhỏ và nối với nhau bởi khớp lún (Hình 1.5ab) Chiều dai các đoạn dốc có thể ngắn

hoặc dài tủy thuộc vào hình dạng kết cấu mặt cắt ngang và độ đốc lựa chọn của đốcnước, thông thường hay chọn chiều di mỗi đoạn đốc không quá 15m,

= Đồi với đốc nước trên nền đá, mặt cất đọc dBc nước thưởng không chia đoạn mà

trên nền đất do

được làm liền khối với nhau, chiều đài đốc cũng thường ngắn hơn a

có độ đốc lớn hơn nhiều Ngoài ra mặt cắt dọc dốc nước trên nền đá còn có dạng lượn.

bm theo đường địa hình mái đá (Hình 1.Se).

©) Đặc điển về độ dóc

Điểm khác biệt rõ ring nhất của đốc nước so với các hình thức kênh dẫn nước khác

chính là có độ dốc lông dẫn lớn Độ dốc của đốc nước thường phụ thuộc vào các yến

ft khu vực đặt

16 địa hình, địa cl ết cầu và vật liệu làm dốc nước.

- Đối với tường hợp xây đựng đốc nước trên nn dit hoặc khu vực dia chất yếu

thường lựa chọn hình thức có độ đốc không qua lớn và không đổi dọc theo chiều dài

tuyển để đảm bảo tính én định của công tỉnh, trường hợp dia chit tốt như nền đá đốcnước có độ dốc lớn có thé đạt tới 50%, ngoài ra độ dốc cũng có thé thay đổi theo dia"hình để giảm bớt khối lượng đảo.

- Đồi với những dốc nước cdu tạo bằng bé tông cốt thép thường có độ bền cao, khả

năng chống lúc tốt và đa dạng hơn vé các hình thức do đó độ dốc của loại đốc nước.này thường tương đổi lớn Trái Ini, với các loại đốc bằng bé tông không cốt thép hoặc

đá xây Khả năng chịu lún kém dễ bị nút gãy vì thể thường lựa chọn độ đốc không quá

lớn và phân thành nhiều đoạn nhỏ để có thể bố trí khớp lún,

©) Đặc điểm vé hình thức kết cấu bản đây

Ban đáy là bộ phận quan trọng nhất của đốc nước vi nó vi trí chịu tải trọng trực

cửa khối nước chảy qua, đồng thời công law trí chịu nhiễu tác động xâm thực và mãi

môn của đồng chảy Hình thức cấu tạo của bản đáy phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểmđịa chất nền đặt

~ Trường hợp đốc nước xây dựng trên nền đắt và đá xấu (Hình 1.12a), đáy dốc phải giacố bằng bản bê tông, bê tông cốt thép hoặc đã xây và độ đốc không nến vượt quá 8%.“Chiều day bản lát đốc nước trên nền dit và đá xấu có thé tinh sơ bộ theo biểu thức củaV.M, Dombrovxki: t= (0,030-0.035) œvvÏh:

nao tép

a) bị

Hình 1.12 Các hình thức kết cầu bản đây dốc nước

- Trường hợp xây dựng trên nền đá (Hình 1.12b), độ dốc của day lớn hơn, các bản bê

tổng trên nén đã có chiễu dây 0,15 ~~ 0,6em và nếu độ đốc lớn phãi neo vào đá bằngcác neo thép 420 đặt cách nhau 1 2m, một đầu chôn sâu vào đã khoảng Im, đầu kiasẵn chặt vào bản bê tông Trường hợp đặc biệt nêu nền đá tốt và không giảm độ.

nhầm thì có thể không lâm bản bể tông Trong cả hai trường hợp (trên nỀn đ và tiên

nền dit) bản đáy đều phải có lỗ thoát nước để giảm áp lực thắm và áp lực đẫy nỗi

4) Đặc điền đoạn de thu hẹp:

Trong xây din

bể rộng thu hep dẫn, tuy nhiên do thì công rên t

thu hep dẫn thường bổ tr một đoạn thu hẹp tai dầu đốc (đình 1.13) Hình dạng và kích

1g dốc nước để tiết kiêm khối lượng công trình, đốc nước được làm có

đài phức tạp nên thay vì làm đốc

thước đoạn thu hẹp được sẽ được lựa chọn phù hợp dựa vào các kết quả tính toán thủy

lực để đảm bảo s ôn định của ông chiy trước khỉ vào đốc nước,

- Tai đoạn cong của ốc nước, tường bên phia bờ lõm thường làm cao hơn tưởng bền

phía bờ lỗi (hình 1.14a) hoặc đáy ngang của dốc nước làm nghiêng một góc B < a

hình 14b) để giảm khối lượng đảo và chống hiện trợng tách dòng.

~ Nếu bé rộng (Bạ) và lưu tốc trong dốc lớn, có thé làm các tường phân dòng dé phân.

dong chảy trong đốc thành nhiều luồng Làm như vậy sẽ giảm được độ nghiêng của

mặt nước (hình 1.140).

~ Bán kính bở lồi (r,) nên chọn =

ykHình 1.14 Đoạn cong của đốc nước

in

#) Các hình thức tiêu năng của dốc nước:

~ Các hình thức tiêu năng trên thân đốc:

Thiết bị tiêu năng bố trí trên thân đốc là các mé nhám gia cường có hình dạng khác.nhau, xây lin với diy đốc nước hoặc cả hai bên tường để ting thêm độ nhim, ting masát dọc đường Kết quả là làm tăng chiều su ding chảy trong dốc, giảm lưu ốc, thâmchí có thể biển dòng xiết thành dòng êm và làm nhiệm vụ tị năng đọc theo đốc Một

số dang m6 nhám gia cường hay sử dụng như:

+Mồ nhám.dich đắc kép (hình 1.15a);

+ Mồ nhám hình dich đắc đơn (hình 1.15b);

+ Mồ nhám dạng dim thẳng (dim có góc hoặc dim tròn) (hình 1.15e);

+ Mồ nhắm dang thang đặt xen kế (đình 1.150);

+ Mồ nh hình quân cờ (hình 1.152):

++ Mé nhắm kiêu bậc thang đặt xui dòng chiy (hình 1.150:

+ Mé nm kiễu bộc thang đặt ngược dng chay (đình 1.152);

+ Mồ nhám bên thành tưởng,

—SSSSSE CD

Hình 1.15 Các loại mé nhám gia cường

~ Các hình thức tiêu năng cuối đốc nước:

+ Tiêu năng đầy: lợi dụng nội ma sát của dòng chảy để tiêu hao năng lượng thừa Các

hình thức điền hình như: bẻ tiêu năng, tường tiêu năng hoặc bể và tường tiêu năng kết

hop Btiều năng có thé tạo ra bằng cách dio bể nối tiếp ở cuỗi dốc hoặc xây trờng

trên sân tiêu năng để tạo bể, cũng có thể kết hợp cả dio bể và xây tường dé tang chiều

sâu cho bể (Hình 1.16), Ngoài ra để tăng hiệu qua tiêu năng của bể người ta còn bổ trícác mé hoặc dim ngưỡng ở day bể tiêu năng Hình thức tiêu năng đầy thường áp dụngvới các các dốc nước trên nền dat và cột nước thượng hạ lưu chênh lệnh thấp.

Hình 1.16 Các hình thức tiêu năng đáy,

~ Tiêu năng phóng xa: lợi dụng ma sit với không khí để tiêu hao một phần năng lượng,còn lại năng lượng sẽ được tiêu tán khi nước rơi xuống lớp nước mặt ở hạ lưu Hìnhthức tiêu năng này thường làm mũi phun hoặc máng phun ở cuối đốc để tạo ra dòngphun khuếch tin vio không khí và rơi xuống hạ lưu, lưu tốc sẽ giảm rất nhiều nên hạn

chế được khả năng x6i lở hạ lưu (Hình 1.17).

13

"Ngoài ra với hình thức máng phun, để giám bớt năng lượng dòng nước phun ra có thể

bố trí các mé hit nước ở cuỗi máng phun (Hình 1.18a), hoặc muốn giảm lưu lượngáp dụng

dốc nước e6 chênh lệch cột nước thượng hạ lưu trung bình và lớn với điều kiện

đơn vị người ta dùng tường hướng ding mở rộng (Hình 1.18b) Hình thức m

mực nước hạ lưu lớn nhất phải thấp hơn ao trình mũi phun hoặc máng phun

1.1.2.2 Chức năng của đốc nước

~ Tháo nước từ ngưỡng tràn xuống hạ lưu:

a số đốc nước được biết đến là một hình thức công trình nổi tiếp hạ lưu của đập trần

và có nhiệm vụ chính là tháo nước từ ngưỡng trần xuống bạ lưu Sự khác biệt eo bản

của đốc nước với ác loại kênh tháo thông thường là độ dốc lớn hơn nhiễu do sự chênh,

cao rất lớn giữa mye nước thượng lưu và mực nước hạ lưu, đồng chảy khi được tháo

từ trên cao xuống có lưu tốc cao và dễ phát sinh nhiều hiện tượng thủy lực bắt lợi dođồ dốc nước ngoài nhiệm vụ dẫn nước còn cần đảm bảo sự ôn định về mặt thủy lực

của đồng chảy,

4

= Dẫn nước qua vùng có địa chất yêu:

Đối với trăn xã lĩ bổ trí bên vai của dp đất, hoặc vi tí cửa ra của các cổng qua đường6 mái là đắt dip, đốc nước được xây dụng 48 thio nước, hướng dòng chây ra xa chânsông tình và đảm bảo an toàn cho mối dip không cho đồng chảy mặt ác động trựctiếp lên b mặt, gây xt lở mái công trình,

Hình L20 Dốc nước trần xà lũ bên vai đập~ Dẫn nước qua khu vực có dia hình đặc biệt

Khi quá trình xây dựng các tuyến kênh dẫn nước qua các vị trí có địa hình dốc, các vị

trí chuyển tiếp có cao độ chênh lệch, đốc nước được xem như một hình thức công trình

hop lý để dẫn nước qua các vị trí này Ngoài ta khi độ đốc qua lớn có thể xem xét kết

hợp với hình thức bậc nước khí xây dựng dốc nước trong các trường hợp này.

MẬT BẰNG ‘AT bọcTUYẾN KÊNH “TUYỂN KENH

Hình 1.21 Dée nước ndi tip tuyển kênh qua khu vực địa hình dốc

Is

113 Phạm vi ứng dung của đốc nước

Đốc nước thường được bé trí sau ngưỡng tràn va phụ thuộc vào các điều kiện địa hình,địa chất đồng thời phải đạt yêu cầu thuận lợi vỀ chế độ thủy lực, an toàn cho công tình

và giảm khối lượng công trình đến mức tối đa nên các tiêu chí mặt cắt dọc của dốc,

e với ngưỡng trần và hình chiếu bằng cia dốc nước có thé có các

dang khác nhau phi hợp với từng điều kiện cụ thể như sau:

~ Mặt cắt dọc của đắc mước chọn theo các tiêu chi:

+ Độ đốc không ddi i= const > ig, thường áp dụng dốc trên nền đất:

+ Độ đốc thay đổi tùy theo địa hình (i; # iz # is ) để giảm khối lượng công trình,

thường áp dụng đốc trên nền đế

+ Độ đốc thích ứng với điều kiên địa hình, có thể à đốc lượn, áp dụng chỉ với dốc trên

nin để

Hình chiếu bằng của đắc nước có thể lea chọn như sau,

+ Tuyến của đốc nước có thể thẳng hoặc cong tùy theo điều kiện địa hình, địa chất,

bảo đảm khối lượng công trình hợp lý và đồng chảy sau phần tiêu năng không gây táchại cho đập và bờ;

+ Chiều rộng đốc nước cổ thé không đổi trong suốt chiều đãi của dốc nước, hoặc để

tiết kiệm khối lượng công trinh ở đầu dốc làm đoạn thu hẹp hoặc làm đốc nước thụ hep

<n; trong tắt cả các trường hợp đều phải đảm bảo trị số lưu lượng đơn vị ở cuối dốc

không vượt qué t số lưu lượng đơn vị cho phép đối với mỗi loi nên

= Lara chọn hin thức của de nước

+ Đắc nước làm độc lập (không kết hợp với các hình thức khác), hình thức này được

sử dụng rộng rãi khi công trình có cột nước thấp, tuyển dốc xây dựng trên khu vực địa

in địnhcó địa hình địa ot

+ Dốc nước được làm kết hợp với bậc nước khi tuyến đi qua khu vực địa hình đốc đột

ngột và địa chất yêu không đảm bảo sự ôn định công trình nếu làm dốc ở vị ti này, do

16

đó người ta lựa chọn hình thức xây bậc nỗi tiếp với đốc để khắc phục bắt lợi trên,"Ngoài ra nhằm mục dich tiêu hao năng lượng dòng chảy khỉ đổ xuống hạ lưu có thể

dùng hình thức đốc nước kết hợp với bậc nước ở cối đốc,

Nỗi tiếp đắc nước với ngưỡng trân ea chọn cúc hình thức vớ từng trường hợp,

+ Nếu ngưỡng trần là đập thắp động năng ở chân đập Không lớn, đốc nước thường

tiếp theo ngay sau đập (đốc có thể nổi liễn với mặt ngường hoặc đỉnh ngưỡng cao hơnđáy đốc nước);

+ Nếu ngưỡng tràn là đập cao (đập tràn thực dụng), ở chân đập thường bố trí hồ tiêu

năng, tiêu hao bốt một phần năng lượng, sau đỏ mới nối tgp vào dốc nước, tránh có

dong chảy quá xiết trong đốc nước;

+ Trên nén đã tốt tuy ngưỡng trăn cổ thể cao, dòng xiết lồn, nhưng dốc nước có thểnối iếp theo đập và tập trung tiêu năng ở cuối dốc, thường ding hình thức tiêu nang

mũi phun,

1.2 Tổng quan về các hiện tượng thủy lực bất lợi trên dốc nước1.21 Đặc diém của đồng chảy trên dốc nước.

Đông chảy trên dắc cô hình dhức chấy không áp:

Do đặc trưng của đốc nước là dạng kênh tháo kiểu hở, do đó đồng chảy trên dốc nước.

luôn có mặt thoáng khí phía trên Hình thức chiy của đồng nước trên dốc là dang chiy

không ấp, hình thức chảy này én định và an toàn cho công trinh hơn so với hình thức

chảy có áp,

Dang chảy trên dắc có lưu tắc lớn:

Do chênh lệch cột nước đầu dốc và cuối đốc cao nên ding chảy trên dốc nước là dòng.xiết có lưu tốc rấ lớn, Vấn đề lưu ốc lớn là nguyên nhân chính gây ra cc hiện tượngthủy lực bất lợi của dòng chảy trên đốc nước như hàm khí, mài môn lòng dẫn, xâm

thực do khí thục, sóng xiên tác động trực tiếp lên công trình gây ra các sự cổ hư

hỏng ong qué tình hoạt động Khi xây dựng đốc nước cần tinh toán kiếm tra khả

năng phát sinh các hiện tượng thủy lực bắt lợi để có giải pháp thiết kế hợp lý phòngtránh và khắc phục được các hiện trong này

~ Chế độ chảy của dòng chảy trong dắc nước là chế độ chảy rồi có lưu tốc mạch động

và áp lực mạch động lớn:

Ba số các ding chày tong thực tế là đồng chảy rồi do nguyên nhân hình thành là sự

ma sát của dong chảy và bể mặt lòng dẫn Đặc trưng của dòng chảy rồi là lưu tốc mạch.

động vả áp lực mach động Trong đốc nước, dòng chảy rối có lưu tốc mạch động và áp

lực mạch động lớn làm tăng tải trọng tức thời, gây rung động công trình và là một

trong những nguyên nhân ảnh hưởng mạnh mẽ tạo nên chân không và khí thực.

1.22 Các hiện tượng thấy lực bat lợi trên đốc nước

Đốc nước là nơi chịu tác dụng trực tiếp của dòng chảy có lưu tốc cao, chênh lệch cột

nước cing cao thi lưu tốc đồng chay cảng lớn dẫn đến việc xuất hiện một số hiệntượng thủy lục bắt lợi của đồng chảy tác động lên công trình Tuy nhiên không phải tấtsả các trường hợp có khả năng xuất hiện các hiện tượng thủy lực bt lợi chúng ta đềuphi inh ton đưa ra giải pháp khắc phục, ma cin phải so sinh các chỉ số lưu tốc cũng

như cột nước chênh lch để đánh giá mức độ ảnh hưởng lên công trình, Khi lưu tốcdưới Sis tức tương ứng cột nước H không vượt qué giới hạn khoảng 10m thi cáchiện tượng như khí thực, hàm khí, mạch động không gây ảnh hưởng đến công tác bình

thường của công trình và vì vậy trong thiết kế thường không xét đến các hiện tượngtrên Nhưng khi cột nước ối 4)-:-S0m hoặc lớn hơn, lưu tốc tương ứng > 25nv thì đểđảm bảo sự làm việc bình thường của công trình cần phải có những biện pháp xử lý.

phủ hợp

1.22.1 Xâm thực do khí thựca) Nội dung hiện tượng:

Khi ding cao tốc gặp các vật cin cục bộ sẽ làm phát sin các bọt khí nhỏ l tạ ede itrí này được gọi là hiện tượng khí héa, khí hỏa phát triển cảng mạnh khi đồng chây cólưu tốc càng cao Dòng chảy cuốn theo các bọt khí khi đến khu vực áp suất cao hơn.lim các bọt khí bị phá hủy gây ra một xung lực tác động trực tiếp lên bÈ mặt công

trình, quá trình này diễn ra mạnh mẽ va lâu dài làm mỏi sức kháng nén của bê tông gâyra bong tc từng mảng bề mặt công tỉnh Xâm thực khí thục thường sảy ra ở các vị

+ Khi biên đường tháo nước đổi hướng (uốn cong, mở rộng, thu hẹp);

+ Khi bề mặt lòng dẫn có những gỗ ghề cục bộ vượt quá cho phép (do chất lượng thi

công kém, (Hình I.27a) ;

+ Tại vi tri các thiết bị tiêu năng trên đốc nước (Hình 1.27b);

XXâm thực khí thực có thé phá hỏng các b mặt công trình dẫn đến các sự cố Vi vậy

trong thiết kế cin kiểm tra khả năng phát sinh khí thực ại các bộ phận khúc nhau của

sông trình và đề ra các niên pháp xử ÿ khi cần thiếu

Hình 1.22 Khí thực trên bề mặt Se nước và mé tiêu năng

b) Nguyên nhân hình thành:

Do dang cao tốc gặp các vật cản cục bộ như các gỗ ghé bé mặt hay khi đường viễn

công trình đổi hướng thì phía sau vật cản xuất hiện chân không và nếu mức độ chân.

không vượt qua giới han héa hơi của nước ở nhiệt độ tương ứng thì sẽ xuất hiện khíthực,

©) Cách nhận biết hiện tượng khí thực:

~ Quan sát dòng chảy bằng mắt thường tại các vị trí go ghé cục bộ, các vị tri dòng chảy

c thiết bị bot

khí phát triển mạnh (đuốc khí, 46 là đấu hiệu quả trình khí hóa dang din biến mạnh

đỗi hướng hoặc v tí cí ning, nếu phát hiện thấy dòng chảy

là tiễn để phát sinh của hiện tượng khí thực,

19

~ Trên ign thấy mặt công trình phát các vị trí bị bong tróc cục bộ, đó là dầu.

cho thấy tác động của hiện trong khí thục dang xây ra

~ Ngoài ra tiếng ồn do quá trình phá hủy các bọt khí gây ra cũng là một dấu hiệu nhận.hit của hiện tượng khi thực, tuy nhiền dẫu hiệu này chỉ để nhân biết với các đường

ống thép, trạm bơm, còn đối với dốc nước hiện tượng này khó phát hiện hơn vì khi

tháo nước iếng Ôn do khí thự rất khó phân bit với các tiếng ôn khác.

1.2.2.2 Ảnh hướng của tự hàm khí4) Nội dung hiện tượng:

Hình 1.23 Sơ đồ đồng chảy tự hàm khí

‘Ty hàm khí là hiện tượng không khí tir mặt thoáng xâm nhập vào lớp dòng chảy bềmặt làm tăng độ sâu mục nước và giảm hiệu quả tiêu năng phóng xa cuối đốc nước(inh 1.23) Hiện tại cổ hai quan điểm vé cơ chế cuốn không khí vào ding chảy quamặt thoáng: Cơ chế lắp đẫy khoảng trồng (Hình 1.24a) và cơ chế ph vỡ sóng (Hình1.24b) Trong thực tế diễn ra cả hai loại cơ chế lôi cuốn không khí vào dòng chảy nêu.

trên Lưu tốc đồng chay cảng lớn thi khả năng lôi cuốn không khí vào từ mặt thoảngcảng mạnh.

Hình 1.24 Cơ chế cuốn không khí vào đồng chảy qua mặt thoáng.

20

b) Nguyên nhân hình thành:

Nguyên nhân chính của hiện tượng tự him khí là do lưu tốc rất lớn của dòng chảy

trong dốc nước làm cho lớp biên rồi lộ ra mặt thoáng và xây ra sự phá vỡ mặt nướcvốn được giữ ổn định bởi sức căng mặt ngoài tạo điều kin cho không khí xâm nhập.vào lớp nước bề mặt của dòng chảy.

©) Cách nhận biết hiện tượng hàm Khí:

~ Dấu hiệu nhận biết rõ ràng nhất của hàm khí là lớp nước mặt của dong chảy có màu.trắng xóa do không khí xâm nhập vào tạo thành các bọt khi cuốn theo ding chủy, thậm

chí khi mức độ hàm khí cao còn xuất hiện các vùng nước trộn khí như các đám mâytrên đồng chảy.

= Khi phát hiện thấy độ sâu của dòng chảy tăng lên bắt thường, có thé Kim trin nướcqua tường bên nguyên nhân là do hiện tượng tự him khí làm tăng độ sâu của dòngchảy.

~ Đôi với các công trình sử dụng giải pháp tiêu năng phóng xa và hỗ xói néu thấy hiệuqué tiêu năng không đạt và đông chây không phóng tới được phạm vi hỗ x6i mà rơi

gần chân công tinh hơn nguyên nhân cần được xem xét đến là hiện tượng tự ham khícủa đồng chảy.

1.2.2.3 Hiện tượng sông xiên trong dòng xiếta) Nội dung hiện tượng:

‘Song xiên trong ding xiét được hình thảnh do sự thay đổi đột ngột của tưởng biên làm

thay đối hướng chiy, khi đỡ nếu tường ré ngoặt vào trong sẽ tạo ra các sống nhiễu nhỏ

xếp chồng lên nhau hình thành một tuyến sóng ở dang sóng xiên với sự ding cao đột

ngột mục nước (Hình 1.25a), ngược lại nếu tưởng bể ngoặt ra ngoài sẽ Không làm

đường nhiễu tring lên nhau do đồ hình thinh nên tuyển sóng xiên hạ mực nước xuống:

(Hình L.2S5b)

21

m 9)Hình 1.25 Sự hình thành sóng xiênThực tế thường phân biệt hai dạng sóng xiên như sau:

~ Song xiên thoải: Khi tường rẽ ra khỏi hoặc vào trong đông chảy nhưng ở trường hopnày sau tường phải đổi hướng từ từ (Hình I.â1a).

+ Sóng xiên dốc: Khi tường rẽ gp vào trong đồng chảy (Hình 1.316), dòng chảy sau

tuyến sóng khi đó có chiều sâu thay đổi gấp Nếu khi đó đồng chảy chuyển qua độ sâu

phân giới ( trường hợp góc ngoặt lớn) thì sẽ hình thành nước nhảy xiên Sau khi hìnhtại vi tí đối hướng, sóng xiên tray sang be đối diện và phản xạ với

thành sống.

nó và cử thé tiến xuôi chiều đồng chảy Chiều sâu dòng chây sau mỗi tuyển sống lại

được gia ting.

a Í >)

Hình 1.26 Sống xiên thoải và sing xiên dốcb) Nguyên nhân hình thành:

Hiện tượng sóng xiên trên dốc nước hình thành do dòng xiết (dong chảy có các thống,

số VIC > I hay Fr> 1) khi bị làm lệch hướng sẽ tạo ra cc hiện tượng sống xiên vànước nhảy Điều này làm biển đổi nhiều thông số của dòng chảy và sự biển đổi đó

được duy tri trên một đoạn khá dai của lòng dẫn,

2

©) Cách nhận biét hiện tượng sing xiên trong dắc nước.

"Để nhận biết sóng xiên chúng ta thường quan sắt dòng chảy tại các vị tri tường biên

của đốc nước có sự đôi hướng nếu xuất hiện các dấu.

- Với dạng sông xiên dc: ding chảy có xu hưởng dồn lại với nhau hình thành nêntuyển sóng dạng xiên và mục nước ding cao hơn so với khu vực khác

~ Với dang sóng xiên thoải: dong chảy có xu hướng tách xa nhau theo hướng tườngthay đổi, mực nước khi đó có dạng thoải dẫn và độ cao bị giảm đi

1.2.2.4 Hiện tượng sóng trong đắc nước

5) Nội dung hiện tượng:

Khi đồng chảy tong dốc nước có độ xit lớn, trong đốc nước có thé xảy ra hiện tượngsóng truyền từ trên xuống dưới theo chu ki, Chiều cao của sóng khá lớn, vượt quá độcao an toàn của bờ đốc nước, tạo nên áp lực động lên bản đầy; và khi sống truyền

xuống đốc nước, sự làm việc của bể tiêu năng sẽ bị rồi loạn và ảnh hưởng đến cả chế

độ làm việc của kênh thảo sau bể tiêu năng.

4) Nguyên nhân hình thành:

Ne ohn ch hi th dng nấy đc mốc Đầu ệ Ê lim đồ ch

dốc nước lớn, do ảnh hưởng của độ nhám dy dốc, lớp nước gn đáy hầu như bị giữ lại

còn lớp nước phía trên bị trượt di với tốc độ lớn tạo thành sóng (Hình 1.27).

23

©) Cách nhận biết hiện tượng sóng trong déc nước:

Hiện tượn sông trong đốc nước được nhận biết khi quan sắt sự ổn định của dòng chảytrong dốc, dấu hiệu rõ rằng nhất là các đợt sóng hình thành theo chu kì và phát triểnmạnh về phía cuối dốc, chiều cao cúc con sống có thé vượt chiều cao an toàn của đốc1.2.2.5 Mài mòn lòng dẫn

4) Nguyên nhân hình thành:

Hiện tượng mii mòn lòng din xảy ra do ding chảy có lưu tốc cao mang theo nhiềubùn cất và các hạ ed liệu bị mài mon trước đó cuốn rồi theo tiếp tục mài môn bề mật

long dẫn, Tác động mãi môn cơ học này diỄn ra liên tye và lâu đãi trong quá trinh tháo

nước gây ra sự phá hoại bề mặt của công trình.

9) Nội dung hiện tương:

ay là một dạng xâm thực bê tông xảy ra khá phổ biến ở các công trình thủy lợi như

tràn xa lũ, đường him dẫn nước, các loại cổng, bê tông gia cỗ kè sông, ké biển Đốivới đốc nước, dưới tie động mãi môn của đồng nước chiy siết và sing, đã xi ming

trên bề mặt bê tông sẽ bị ding nước bào môn sau đồ các hạt cốt liệu có ích thước lớn

hơn sẽ bị rửa tồi do không côn iền kết làm cho bê tông dẫn bị xâm thực Đặc biệt khỉdng cao tốc có mang nhiều bản cát thi bé mặt lòng dẫn chịu tae dụng mãi mòn tắt lớnvà có thé xảy ra đồng thời cả tác động mai mòn và xâm thực khí thực dẫn đến hư hỏng.bé mặt.

©) Cách nhận biết hiện tượng mài mòn lòng dẫn

CCảch nhận biết đơn giản nhất của hiện tượng này là kiểm tra bé mặt lòng dẫn khi phát

ên thấy bề mặt lòng dẫn bị bong tre các hạt ct liệu một cách đồng đều tại các vị trí

"bề mat lòng dẫn có lưu tốc dong chảy lớn nhất hoặc tại các thiết bị tiêu năng có thể xét

đến nguyên nhân do hiện tượng mai mòn của đồng chảy Sự khác biệt cơ bản khi nhận

dign tác động của hiện tượng mai mon so với hiện tượng khí thực của dòng chảy đó là

hiện tượng mãi môn gây bong tc cốt iệu đồng đều và trơn trừ hơn.

24

1.3 Giảipháp khắc phục các hiện tượng thủy lực bất lợi trên đốc nước

13.1 Các giải phip đã được nêu ra trong các tà liệu giáo trình

Phần lớn các hiện tượng thủy lực bắt lợi xuất hiện trong đốc nước chủ yêu là do tác

động của đồng lưu tốc cao (đồng xiét) gây nên, do đó để hạn chế được các tắc động

của đồng xiết tùy vào tùng trường hợp có thé lựa chọn các giải php làm giảm lưu tốcvà tiêu hao năng lượng của dòng xit hoặc điều khiển dòng xit theo mục dich có lợicho công trình.

~ Giải pháp để giảm lưu tốc và tiêu hao năng lượng trên dốc nước là việc bổ trí các mô.nhám gia cường trên diy đốc hoặc kết hợp với cả hai bờ của đốc nước (Hình L28)

Giải php này sẽ làm tăng chiều sâu đồng chảy, giảm lưu tốc và có thể biển dòng xi

thành đồng êm góp phin tiêu bao năng lượng của dòng chảy trên đốc.

nọ to LGHình 1,28 Mồ nhám dạng dim vuông góc trên dốc nước

+ Giải pháp điều khiển đồng xiết theo mục dich có một số hình thức như: Lam đoạn

chuyên tip thu hep ở đầu đốc, làm đoạn chuyển tiếp ma rộng ở cuối dốc hoặc đốccong ở những vị trí cần đổi hướng dòng chảy Các hình thức nảy đều hướng tới mục

dich chỉnh hướng dòng chấy theo mục đích có lợi về mặt thủy lực để hạn chế ác độngcủa đồng xiên sinh ra khi dng chay bị đôi hướng Ngài a với giải pháp này người tachâncòn sử dụng hình thie lâm các dạng mũi phun cubi dốc để phóng dòng chi ra xacông trình và khuếch tần dòng chảy theo các hướng (Hình 1.29).

Hình 1.29 Mũi phun phân tin dong chảy.

25

hiện tượng sóng trong đốc nước, đẻ phòng tránh người ta thường làm giảm.xuống mức cho phép không côn khả nãng sinh ra sóng trong dốc và công tìnhvẫn đảm bao khả năng tháo Trường hợp không thé thay đổi được độ đốc có thé xemxêt làm đốc cổ mặt cắt ngang hình parabol hoặc inh tam giác để giảm t lệ bín củadốc (Hình 1.30), tuy nhiên gai pháp này kh th công và khó khăn trong việc nỗ tiếp

hạ lưu

Hình 1.30 Mặt cắt đốc hình tam giác và hình parabol

~ Để đồng chảy không có khả năng tự him khí trong dốc người ta sử dụng các giải

pháp làm giảm lưu tốc của dòng chảy trên đốc, tuy nhiền trong nhiều trường hợp sựhầm khí đem lại hiệu quả phông tránh và giảm tiểu tác động của khí thực lên bỗ mặtcông trình nên sẽ chấp nhận dòng chảy có hàm khí và tính toán lựa chọn chiều cao.

Xưởng bên hợp Lý cho đốc nước (thông hime

Hình 1.31 Giải pháp tăng chiều cao tường bên khi có hầm khí

~ Riêng với giải pháp phòng khí thực là một trong những van để hết sức quan trọng đốivới các công trinh thio nước đặc biệt là dốc nước Hiện nay trong các tải liệu giáotrình có đưa ra một số giải pháp thường đồng để khắc phục và phòng tránh khí hóa khíthực như: giới hạn khí hóa dong chảy ở giai đoạn đầu, lựa chọn vật liệu theo độ

khí thực, giải pháp dẫn không khí vào miễn hạ áp và giải pháp dẫn nước vào vùng ha

áp Cùng với đó việc nâng cao chất lượng thi công cũng là một giải pháp chung vả

hiệu quả trong việc phòng trinh tác động của các hiện tượng khí thực Các giải phápnày sẽ được trình bày chỉ tiết trong nội dung chương 2,

26

13.2 Các két quả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3221 Các nghiền cứ trong nước

Nhìn chung công ác nghiên cứu tinh toán và đánh giátá động của các hiện tượng thủy

lực bit ợi trên các công trình tháo nước ở nước la trong thời gian qua chưa được chứ

trọng đúng mức Trong khi đó, những năm gin đây đã ghỉ nhận ngày cảng nhiễu các

sự cổ hư hỏng công trinh mà nguyên nhân do cúc hiện tượng thủy lực bắt lợi gây rađặc biệt là hiện tượng khí thực như ở các đường tran công trình đầu mối Nam Thạch:‘Hin, Thác Bà, Kẻ Gỗ, Núi Phú Ninh Diều này đã thúc day các đơn vị, tổ chức,

cá nhân thực hiện nhiều công trình nghiền cứu khoa học và thực nghiệm để tim hiểu

chi tgt và để xuất các giải pháp khắc phục áp đụng cho các công trình Khác nhan.

Dưới đây là một số công nh nghiên cứu trong nước đã được ghỉ nhận trong các ấn

phẩm sách báo và tạp chí khoa học như:

- Giải pháp dim khoét lỗ đáy so le để triệt phá dòng xiên trên đốc nước và ki

năng hợp lý cho công tình trần xã lũ Đá Han, Hà Tĩnh, [8],

ình 1.32 Kết cấu phương án kiến nghỉ của bài nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu mô hình thí nghiệm thủy lực cho phương dn thiết k tin xi lũ có

thu hẹp đầu dốc cho thấy giải pháp ngưỡng khoét lỗ đáy so le có tác dụng khắc phụcđồng hiện tượng dong phóng lên ao, đồng chảy từ trần đỗ xuống khi gặp ngưỡng mộtphần lưu lượng được chảy qua các lỗ khoét so le ở đây dim, đồng thời dòng chảy qua18 tạo thành lớp nước đệm sau ngưỡng có tác dụng tiêu hao bớt một phần năng lượng.

đồng chảy Sau ngưỡng ding chảy được phân tn đều trên mặt cắt ngang dốc nước làm

siảm xoáy cuộn ở hai bên bẻ tiêu năng Đối với hình thức tiêu năng bố trí hai hàng mô.

tiêu năng ở day bé tiêu năng có tác dụng diy lãi được nước nhày tiễn sâu thêm vào

21

đoạn cong chuyển tiếp, vừa đảm bảo nước nhảy trong phạm vi tiêu năng của bể và vừa

ốp phần tiêu hao thêm phần năng lượng của đồng chây xuống ba

~ Nguyên nhân xâm thực bê tông và bé tông cốt thép, [9].

Bài viết phân tch đưa ra các nguyên nhân chính gây xâm thực đối với vật liệu bê tông

và bê tông cốt thép như: xâm thực do sự hòa tan các sản phẩm thủy héa của xi măng,

xâm thực do công trình làm việc trong môi trưởng có mực nước thường xuyên thay

dồi, xâm thực do mãi man cơ học, xâm thực do khí thực xâm thực do vỉ sinh vật gây

ra Trên cơ sở đó tác giả đề xuất một số giải pháp khắc phục và phòng ngừa xâm.

thực bê tông và bê tổng cốt thép cho timg đối tượng công trinh khắc nhau Với công

trình xây đựng mới, cúc biện pháp được đưa ra từ giai đoạn thiết kế cho đến các công

tác thi công: nghiên cứu phân tích đánh giá kĩ lưỡng điều kiện làm việc của công trình,

sắc tie nhân có thể gây xâm thực, kiểm soát thành phần bé tông hợp lý đảm bảo đượcđộ bên chóng xâm thực, quản lý chặt chễ các khâu trong quá trình thi công bê tông.

`Với công trình dang sử dụng cần có quy trình kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên đặcbiệt là phải phát hiện sớm các vị trí bị thm nút và sửa chữa kịp thời bằng các loại vậtliệu đặc chủng, công nghệ cao.

28

chứa nước Ké Gỗ và biện pháp

cứu tình bình xâm thực bé mặt đốc nước và mũi phun ở đường tràn xả lũ hồi

phục, [I0]

Hình 1.35 Khí thực trên mặt mũi phun đường tràn xã lũ hồ Kẻ Gỗ

‘Bai nghiên cứu đã chỉ ra được nguyên nhân hư hóng bé mặt dốc nước trin xa lũ hồ Kẻ“Gỗ là do biện tượng khí thực gây ra Theo đó tác giả đã phân tích các nguyên nhân vàtính toán kiểm tra khả năng xăm thực của lòng dẫn và để xuất giải pháp khắc phục hoplý là gia cố mặt đáy bằng một lớp bê tông cốt thép M20 trở lên, đông thời khống chế"bề mặt không có các gỗ ghé cục bộ cao quá 50mm.

"Nghiên cứu dng lưu tốc cao với đập tràn xa lũ, [II]

Bài viết nêu về vấn dé dòng lưu tốc cao với tràn xả lũ Dòng lưu tốc cao không chỉ

phát sinh xâm thực khí thực gây phá hoại mặt trin xả lũ mà còn phát sinh mạch động

lưu tốc lớn gây rong động công tinh, Bài viết cũng nêu các hình thức thiết bị thông

khí làm giảm xâm thực bề mặt trin xả lũ Đồng thời trình bảy thực nghiệm bổ trí, lựa

chon kết cấu thiết bị trộn khi cho tran xả lũ Cửa Đạt - Thanh Hóa.

Hình 1.36 Sơ dỗ bổ trí bộ phận tiếp khi trên tràn xã lĩ Cita Đạt

6 thời điểm hiện tại, côn rất nhiễu bài nghiên cứu của các tác giả trong nước về dòngchảy lưu tốc cao cùng các hiện tượng thủy lực bất lợi xảy ra trên các công trình tháo.chưa được liệt kế hết trên diy Điều đó cho thấy tằm quan trọng cia vẫn để và ngàycăng nhận được nhiễu sự quan tim từ các đơn vị, tổ chức, cá nhân nghiên cứu.

29

1.3.2.2 Các nghiên cứu nước ngoài

~ Vấn để khí thực ở các nước trên thể giới từ lâu đã được quan tâm Ghi nhận đầutiên về sự phá hoại bởi khí thực là tại đập Hoover Sau khi nghiên cứu người ta kết

luận rằng nguyên nhân chính là do lòng dẫn không được xử lý tốt và dòng chảy không

xuôi thuận cùng với đó người ta cũng thấy rằng công tác bê tông cần phải được quan

tâm một cách nghiêm túc Tại thời điểm đó khái niệm về độ nhắm b mặt và vai trồcủa việc xử lý bề mặt chưa được rõ ràng Cuối năm 1981, việc xử lý bề mat sử dụngcho đường tàn có lưu tố lớn, đặt ra những yêu cầu khắc khe hơn Trong năm 1981.cuốn “Hướng din công tác bÊtông* được phát hành ở Mỹ và được sử dung rộng rãicho tắt các đập trần có lưu tốc dồn chủy lớn hơn 23 mức

Hình 1.37 Đập Hoover ~ Mỹ

Trong năm 1961, lợi fh của việc lắp đặt bộ phận tiép khí rong việc ngăn ngữakhí thực đã được chứng mình tai đập Grand Coulee, bộ phận tiếp khí đầu tiên được lắp

đặt rên đường trần là tại dip Yellowil vio năm 1967 Tuy nhiên lúc này người ta

vẫn chưa hoàn toàn tin cậy vào bộ phận tiếp khí do đó phần hạ li trần góc dốc1:100 và bề mặt được sơn phủ epoxy 2 lớp Tới năm 1983, tại đập tràn Glen

p khí, kh đó góc

dốc ở hạ lưu tuynen I:20 và không sơn epoxy Đến nay đã có hơn 100 công trình của

Canyon người ta đã tin cậy hoàn toàn vào tác dụng của bộ phận

sắc nước đã sử đụng phương pháp tiếp kh vào đồng chảy để phòng ngừa khí thục, Kếquả vận hành chứng mình hiệu quả khi sử dụng bộ phận tgp kh at tốt

30

~ Theo thí nghiệm của các nhà khoa học Liên Xô khi bé trí các ống thông nước từ nơithấp thi nước sẽ tự động chảy từ nơi có áp suất caocổ áp suất cao đến nơi có Sp su

sang nơi có ap suất thấp, làm giảm khả năng khí hóa và do đó chống được hiện tượng

khí thực Chẳng hạn với mé tiêu năng khi bổ trí các ống thông nước với ti lệ tỗi ưu củađường kính cửa vào và cửa ra của các ống là dự dy = 0,6, thì kết quả thí nghiệm cho

thấy tị số Kạy giảm từ 2,1 xuống còn 07-08

Hình 1.38 Bổ tri Ống thông nước cho m tiêu năng

- Theo các tà liệu thí nghiệm của Viện nghiên cầu thủy Ii toàn Liên Bang (Liên Xô)thì so với bê tông M25, thép cacbon CT3 có độ bên khí thực gấp 500 700 lẫn, cònthép không gi có độ bền khí thực gấp hon 1000 lẫn Do đó giải pháp bọc thép khu vựccin chống khí thực đem lại hiệu quả khá cao.

14 Các vấn để tồn tại và hướng nghiên cứuLAL Các vin đề tồn tỉ

a số các biện pháp phòng tránh và khắc phục các hiện tượng thủy lực bat lợi xảy ra

trên dốc nước trần xa là đều là cúc giải pháp có ảnh hưởng đến kết cấu và quy môsông trình, rong khi đó phần lớn yêu cầu thực tiễn hện nay là các giải pháp khắc phụcva hạn chế tác động của các hiện tượng đó với các công trình đã đi vào vận hảnh lâu.

năm Chính điều này gây ra sự khó khăn trong thi công và lựa chọn phương án hợp lý

về mặt kinh tế

Ngoài ra việc đảnh gi về các chế độ thủy lực của đồng chảy không thể toàn diện hét

được ma vẫn còn bỏ qua nhiều yếu tố khác nữa bên cạnh đó các nghiên cứu bằng thực.

nghiệm không thể tránh khôi các sai số trong vic lập ti Ié mô hình và xác định công

thức tính toán.

31

1-42 Hướng nghiên cứu

Đốc nước thường là dạng công trình tháo nước có quy mô lớn, với trưng là dong chảycó lưu tốc cao và chênh lệch cột nước lớn nên đây là nơi thường xảy ra nhiều hiện

tượng thủy lực bất lợi nhắc Do đó để thực sự đánh giá được mức độ ảnh hưởng và tim

ra được các iải pháp khắc phục hiệu quả nỈ

cứu lớn có sự đầu tư đúng mức về cả năng lực chuyên môn và chỉ phí kinh tế, khôngchi thé để nghiên cứu các hiện tượng thủy lực của dòng chảy chủ yếu là sử dụng cácmô hình thực nghiệm kết hợp với các cơ sở lý thuyết để tim ra được các quy luật và‘ban chất của vấn đẻ ma việc có được một mô hình thực nghiệm hợp lý là rất khó khăn.

về mọi mặt Ngoài ra đã có rit nhiều bài nghiên cứu để cập đến các hiện tượng thủy

lực bit loi của ding chủy trên các công trình thủy lợi với nhiều nội dung thiết thực vàda dang, vi Xây trong bài luận văn này tác giả xin phép chỉ để cập đến vẫn để khí hóa —khí thự ti vị tri các dim tiêu năng trên dốc nước cùng với các giải pháp khắc phục và

phòng tránh

1$ - Kếthuận chương!

`Với những nội dung nghiên cứu trong chương 1 chúng ta thấy được ring: Dốc nước là

một dang kênh dẫn đặc biệt, có độ dốc lớn vì vậy ding chảy trong dốc là dòng xiết có

lưu tốc cao Vấn đề lưu tốc cao chính là nguyên nhân chủ yí sây nên các hiện tượngthủy lực bắt lợi của ding chây trên dốc nước, trong số đồ có khí thực là một hiện

tượng thủy lực có tác động rất lớn vào quá trình làm việc cũng như tuổi thọ của các

sông trình tho nước: trong khi đối với hệ thống đầu mỗi của các công tình thủy lợi

thủy điện thì công tình tháo nước đóng một vai tr ht sức quan trọng Vì vậy, Khí

thực không những chỉ ảnh hưởng đến các bộ phận của công trình tháo nước mà nó

còn tác động, ảnh hưởng đến cả hệ thống đầu mỗi, có thể phá hoại hoặc ảnh hưởng

đến quá trình làm việc của cả hệ thống Nhận thấy vai trồ và ẩm quan tong này, cácnước trên thể giới có nền thủy lợi phát triển đã din dẫn chú trọng và xem xétnhững vẫn để này trong khi tính toán, thiết kế xây dựng các công tình tháo nước Ở

Việt Nam, trong những năm gin đây cũng đã bắt dầu nghiên cứu vẫn đề này khi tính

toán thiết kế các công trình có quy mô lớn dim bao an toa trong khỉ vận hành sau này