Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu khả năng khí thực của các công trình tháo nước dưới sâu và biện pháp phòng ngừa. Tính toán áp dụng cho công trình thủy điện Sơn La

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGO THỊ HONG

NGHIEN CUU KHA NANG KHi THUC

CUA CAC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VA BIEN

PHÁP PHÒNG NGỪA TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNGTRINH THUY DIEN SON LA

HÀ NỘI -2011

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Trang 4

Ldn vấn thục sĩ 1 _ Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

LỜI CÁM ON

Luận vẫn Thạc sĩ kỳ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với

đề tài: " Nghiên cứu khả năng khí thực của các công trình tháo nước dưới.

sâu và biện pháp phòng ngừa Tinh toán áp dung cho công trình xả sâuThấy điện Sơn La.”, da được hoàn thành với sự giúp đỡ của các thầy giáoKhoa Công trình, khoa Sau đại học (nay là phòng Đào tao đại học và sau đại

hoc) trường đại học Thủy lợi, cùng nhiễu bạn bè và đẳng nghiệp đã tao điềukiện giúp đỡ tác giả về tài liệu nghiên cứu, thông tin tham khảo, ý kiến cho

luận văn

Lai đầu tiên, tác giả xin chân thành cảm on sâu sắc tới GS.TS Nguyễn

Chiến, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, cung cắp tài liệu và các thôngtin khoa học cần thiết cho công tác làm đề tài luận văn.

Tác giá xin chân thành cảm ơn đến bạn bè và đồng nghiệp luôn động.

viên, giúp đổ, tao điều kiện thuận lợi để tác giả nghiên cứu và hoàn thànhluận văn này,

Do điều kiện tài liệu, thời gian và kiến thức cản hạn chế, vì thé không

tránh khỏi những khiếm khuyết trong luận văn Tác giả rất mong muốn nhận

được sự chỉ bảo, đồng góp ý kién của qui th 6, bạn bê và đẳng nghiệp.

Xin chân thành côn ơn!

Trang 5

Ldn vấn thục sĩ 2 Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

LỜI CẢM ON

MỤC LỤC.

DANH MỤC HÌNH V

DANH MỤC BANG BIEU

4 Két quả dự kiến đạt được

Chương 1 TONG QUAN.

1.1 Tính hình xây dựng các công trình đầu mối, thủy |

điện có cột nước cai

1⁄2 Các trường hợp bé trí công trình tháo nước dưới sâu 171.3 Điều kiện thủy lực của công trình xã sâu 18

1.4 Những hư hỏng thường gặp ở các công trình tháo nước dưới

1 Kháilệm khí hóa và phương pháp.

Tige viên: Ngô Thị Hỗng Lip cao học 17CL

Trang 6

Ldn vấn thục sĩ 3_—_ Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

2.1.2 Kiểm tra khíai các bộ phận công trình tháo nước dướisâu -282.2 Khí thực ở công trình tháo nước dưới sâu

2.2.1 Khái niệm khí thực „352.2.2 Phương pháp kiểm tra khí thực: ậ62.3 Giải pháp phòng khí thực ở các công trình tháo nước dưới sâu 192 39

1 40

Lya chọn đường biên cửa và

Lya chọn vật liệu thành lòng đãi

2.343 Gi ép khí vào dong chãy

2.4 Kết luận chương 2 «seo 6

Chương 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH XA SAU CUATHUY ĐIỆN SƠN LA se

3.1 Giới thiệu về công trình thủy điện Sơn La -413.1.1 Cấp công trình và tiêu chuẩn thiết kế 473.1.2 Các thông số kỹ thuật chính 47

3.1.3 Bố tri tổng thé công trình hap kết cầu chính 48

3.1.4 Trạm phân phối điện S00 kV : — 3.1.5, DAU nổi ceeeeeerieerieiieerrieirerieenee.B)

Thiết bị công nghệ chin}

3.2 Các thông số cơ bản của công trình xả lũ ở đập Sơn La.3.3 Các chế di 1m việc của công trình xả sâu ở đập Sơn La.

3‘ong trình xa trong thời kỳ vận hành

Trang 7

Ldn vấn thục sĩ 4 Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

3.4 Kiểm tra khả năng khí hóa ở công trình xả sâu của3.4.1 Số liệu tinh toán

3.4.2 Kiếm tra khả năng khí hóa tại cửa vào cửa xã sâu.3.4.3 Kiểm tra khả năng khí hóa buồng vai

3.5 Kiểm tra khả năng khí thực:

3.6 Lựa chọn và và tinh toán giải pháp phòng khí thực:3.6.1 Lựa chọn đường biên cửa v

3Lya chọn vật liệu thành lòng d

3.6.3 Tiếp khí vào buồng van:

3.7 Phân tích các kết quả tính toán

3.8 Kết luận chương 3

Chương 4 KET LUẬN, KIÊN NGHỊ 4.1 Kết luận.

4.2 Kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

Tige viên: Ngô Thị Hing Lip cao học 17CL

Trang 8

Ldn vấn thục sĩ 5._ Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

DANH MỤC HÌNH VE

1 Hình 1.1 - Công trình Glen Canyon (Arizona) - sự cổ sụt ở ham xả lũdo xâm thực [8],

2 Hình 1.2 - Công tình Lucky Peak (Idaho) ~ do hiện tượng xâm thực.

làm bong tróc hết bề mặt ngưỡng vào cửa xả sâu [8],

3 Hình 1.3: Công trình Terzaghi (British Columbia) — do hiện tượng xâm.

thực lâm bong tróc hết bề mặt bê tông xung quanh cửa van phẳng phía

hạ lưu của lỗ xả sâu (8)

4, Hình 1.4 - Công trình Keenleyside (British Columbia) ~ do hiện tượng

xâm thực làm bong tróc hết bề mặt bê tông, chỗ ngưỡng vào đáy còn bị

thủng, chỗ sâu nhất tới 9 in (=23cm) [8].

5 Hình 2.1 - Quan hệ giữa Cy = £ (Kr, Ks) của các đường xã sâu [1]

6 Hình 2.2- Quan hệ giữa Cy = f (Kr, ơ) của cửa vào e lip chỉ mở rộng,

lên phía trên [1]

7 Hình 2.3- THsp của cửa vào có cũng là 1⁄4 đường tròn [1]

8 Hình 2.4 - Trị số dy của cửa vào elip chỉ mở rộng về phía trên [1]

9 Hình 2.5- Xác định hệ số khí hóa phân giới x,, của các khe van khí

mở van hoàn toàn (đối với 1,0<w/h<3,0) [1]

10 Hình 2.6 - Hệ số khí hóa phân giới đối với 1 số dang van mở từng

(Ry, y/D, HID, H/B)củn bê tông [1]

sp khí cho các ving tach đỏng cục bộ tại buồng15 Hình 2.11- Một số giải pháp tiếp khí trong buồng van [2].

Trang 9

Ldn vấn thục sĩ 6 _ Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

16 Hình 3.1 ~ Tổng mặt bằng công trình thủy điện Sơn La [4]

17 Hình 3.2 ~ Chính diện thượng lưu công trình thủy điện Sơn La [4]

18 Hình 3.3 ~ Mặt cắt công trình xả lũ [4]

19 Hình 3.4 ~ Sơ dé thông khí cho lỗ xa sâu theo mặt cắt

20 Hình 3.5 ~ Chỉ tiết A.

21 Hình 3.6 ~ Sơ đồ hệ thống thông khí theo mặt

22 Hình 3.7 ~ Thông khí riêng cho xả sâu.23 Hình 3.8 ~ Sơ đỗ cắp khí cho bậc thụt

24 Hình 3.9 ~ Thượng lưu công trình khi xả lũ [4]

25 Hình 3.10 ~ Khi chưa tiếp khí, ding chảy sau bậc thụt của cửa xã svượt qua cả thành trụ pin (phương án thành trụ pin thấp) [4],

26 Hình 3.11 ~ Khi chưa tiếp khí, Trụ Pin kim cao đến đình trằn trên [4]

27 Hình 3.12 ~ Dốc nước nhìn từ hạ lưu khi đã có biện pháp phỏng khíthực [4]

28 Hình 3.13 ~ Hình ảnh tiêu năng sau đốc [4]

Trang 10

Ldn vấn thục sĩ 11 Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

DANH MỤC BANG BIEU

1 Bảng 1.1 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao trên thé giới [6]

Bảng L2 Bảng thing kế một số công tình có cột ap cao ở Việt Nam [7]

sâu [8].Bảng 1.3 Một số thống ké về xâm thực ở công trình tháo nước dur

Bang 2.1 Bảng tra hệ số sửa chữa Kd [1]

Bảng 3.1 Bảng thông số chính thuỷ điện Sơn La [4].

„mm 8 Bang 3.2 Khả năng xa của các công trình [4].7 Bảng 3.3 Các thông số chính của đập tràn [4]

8 Bảng 3.4 Các thông số chính của đốc nước [4]

9, Bang 3.5 Trị số lưu lượng thiết kế hồ xói tham khảo [4]

10 Bảng 3.6 Khả năng xả của công trình theo chế độ vận hành [4].

11.Bảng 3.7 Số liệu tính toán cho 1 cửa xa sâu [4]

12 Bảng 3.8 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại cửa vào.

13 Bảng 3.9 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại trin buồng van.14 Bảng 3.10 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại bậc thụt buồng van.

15 Bảng 3.11 Bảng vận tốc ngưỡng xâm thực của bê tông M40 [2].

Trang 11

Ldn vấn thục sĩ § _ Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

lỞ ĐẦU

1 Tính cắp thiết cũa đề tài

Trong những năm qua, chúng ta đã xây dựng hang ngân công trình

mí thủy lợi để phục vụ các mục đích dân sinh kinh tế, phát triển đất nước,

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiền đại hóa nước nha hiện nay, thủy lợi

cảng thể hiện vai trò to lớn của mình Nhiễu dự án thủy lợi lớn nhỏ phục vụ

cho mục dich phát điện, cấp nước, phòng chống thủy tai, cải tạo môi trường

đang được quy hoạch, nghiên cưú, khảo sát, thiết kế và xây dựng.

Do mức độ quan trọng và tinh đặc thủ của công trình thủy lợi, những

yêu cầu về dim bảo an toàn và kinh tế trong việc tính toán thiết kế, thi côngva quan lý khai thác chúng đặt ra ngày cảng cao Những yêu cầu nảy cảng can

phải đặc biệt quan tâm khi mà thời gian gần đây, môi trường thiên nhiên đã cónhiều biến đổi, những quy luật về mưa, gid, dòng chảy đã có những chuyển.biến bắt lợi hơn đối với sự làm việc của công trình.

Công trình xả nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của.

một hệ thống thủy lợi, chính ở đây diễn ra sự tương ác giữa dong chảy vàthành rắn Sự tương tác đó đặc biệt là khi đồng chảy có lưu tốc lớn sẽ gây ra

những hệ quả bắt lợi cho công trình như mạch động, sóng xung kích, hàm khí,khí thực trong đó khí thực là một trong những van đề cần được wu tiên xemxét do những sự cổ mà nó gay ra là nghiêm trọng và ngày cảng phổ biển.

Đáng chú ý là vấn dé tính toán khí thực các công trình tháo xả nước ở

nước ta trong thời gian qua chưa được coi trọng đúng mức Trong khi đó

những năm gin đây, đã ghi nhận được ngảy cảng nhiều các sự cố hư hỏngcông trình do các nguyên nhân có liên quan đến hiện tượng khí thực như.

đầu mỗi Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Phú Ninh.

đường trần của các công.

Điều này đôi hỏi trong tính toán thiết kế cũng như thi công xây dựng các công

Trang 12

Ldn vấn thục sĩ 9 —_ Chuyên ngành Xây dựng công trình thi

trình mới phải đề cập đẩy đủ hơn đến vin đề dự báo khí thực, cũng như áp

dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên môn dé phòng ngừa sự cố Ngoài ra ở các

công trình đã xây dựng cũng cần phải tiến hành tỉnh toán kiểm tra và áp dụng

các biện pháp xử lý khi cần thiết.

Nội dung đề tai: Nghiên cứu khả năng khí thực ở các công trình tháodưới sâu và biện pháp phòng ngừa Áp dụng tính toán thiết kế cho một công.trình cụ thể là Thủy điện Sơn La Đề tài này sẽ đưa ra những đánh giá về các.

vị tri có khả năng phát sinh khí thực cho cửa xả sâu và các giải pháp cải thiệntình hình khí thực cũng như phòng chống nó Đề tai nảy có thể sẽ là ti liệu

tham khảo hữu ích giúp cho kỹ sư thiết kế có cái nhìn cẩn trọng hơn về khí

thực va có thé ứng dụng tính toán thiết kế cho các công trình tương tự.2 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở những nghiên cứu về khí thực cho cửa xả sâu và các biện

pháp phòng chống giúp cho đơn vị thiết kế thấy được tim quan trọng của việc

kiểm khí thực đặc biệt với những công trình có lưu tốc lớn như lỗ xả sâu, xảmặt và những ảnh hưởng nặng né của nó đối với công trình Từ đó cần chú ý

đến vấn đẻ khí thực trong các công trình xa nước dé có các biện pháp hữuhiệu nhằm phòng và chống được hiện tượng này đảm bảo công trình hoạtđộng tăng tuổi thọ va én định.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

~ Dựa trên cở sở thu thập tài liệu, tìm hiểu về công trình nghiên cứu.~ Tìm hiểu ảnh hướng của các yêu tổ điều kiện bi ign tượng khí

Trang 13

Lin vấn thạc sĩ 10 _ Chuyên ngành Xây dụng công tình thủy

- KẾt hợp nghiên cứu lý thuyết với việc tính toán áp dụng cho một công,

trình cụ thé là cửa xả sâu của công trình thủy điện Sơn La Kiểm chứng kết

quả tính toán bằng thí nghiệm mô hình từ đó đưa ra những phân tích về kết

quả tính toán.

4, Kết quả dự kiến đạt được

- Tổng quan về bổ trí và đặc điểm của Lim việc của các công trình thionước dưới sâu.

- Phương pháp kiểm tra khí hóa và khí thực tại các bộ phận khác nhau ởcông trình tháo nước dưới sâu.

- Kiến nghị các biện pháp phòng khí thực cho công trình tháo nước

dưới sâu.

~ Ứng dung tinh toán cho cửa xả sâu của đập Sơn La, rút ra kết luận vềkhả năng khí hóa, khí thực và biện pháp phòng khí thực cho cửa vào và buồng

Van của cửa xã sâu,

Trang 14

Lin vấn thạc sĩ 11 Chuyên ngành Xây dụng công tình thủy

tạo ra hồ chứa nước với dung tích lớn, có khả năng tạo ra lượng điện lớn,

tiết 1a tốt và

dam bảo yêu cầu cấp nước da dang cho hạ du, có khả năng

có thể thực hiện được nhiệm vụ chồng lũ cho hạ du nếu có yêu cầu.

Sau đây là bảng thông kê một số công tinh đầu mồi có cột nước cao:

Bảng 1.1 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao trên thé giới [6]

Chiều | Dung tich

Nhrek Vakhsh, Tajkistan 300 | 10500 | 1980

Xiaowan — |Laneang, China 32 | 15000 | 200

Dixence, Switzerland | 285 | 0400 | 1962

Xiluoda | Finsha, China 23 | 12900 | 2015

Tgui Tnguri, Georgia am | 1100 | 1986

Vaiont Vaiont, aly 366 | 069 | 1961

Trang 15

Ldn vấn thục sĩ12Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Yenisei, Russia 242 31,300 1980

Erian Yangize/Yalong, China | 240 5.800 1999

La Esmeralda | Bati, Colombia 237 0815 1975

Kishau Tons, India 236 2.400 1985

Oroville Feather, Calif U.S.A 4,299 1968

EL Cajon Humuya, Honduras 234 5,650 1984

Chirkey Sulak, Russia 233 2,780 1977

Shuibuya Qingjiang, China 233 4,580 2007

Bhakra Sutlej, India 226 9,870 1963

Karun-4 Karun, Iran 222 2,320 2007

Tige viên: Ngô Thị HingLip cao học 17CL

Trang 16

Lin vấn thạc sĩ 13 Chuyen ngành Xây dụng công tink iy

Dworshak North Fork Clearwater, 219 4.259 1974

Taga gia Chnn | mơ

mi Ts am | man | mm

Altinkaya Kizil Irmak, Turkey 195 5,763 1986

Hoe viên: Ngô Thị Hồng Lip cao học I2CT

Trang 17

Lin vấn thạc sĩ 14 Chuyên ngành Xây dụng công trinh iy

Trong đó Đập Rogun cao nhất thể giới (335m) trên sông Vakhsh(Tajikistan) Trong thời kỳ Liên bang Xô viết, dự án đập được đề xuất từ năm.

1959 Năm 1965 bắt đầu chuân bị kỹ thuật và xây dựng từ 1976 Lúc đập đạt

chiều cao 63m thì công việc bị dang dé do Liên bang Xô viết tan vỡ vànhững biến động trong vùng Trận lũ lớn năm 1993 đã tàn phá hẳu như toàn.bộ phn đã xây dựng Năm 2007, khởi động lại dự án nhưng lúc đầu chậmchap vì nhiều khó khăn Cho đến gần đây, dự án tiến triển nhanh và dự kiến.hoàn thành vào năm 2013 Nhà máy thủy điện có công suất 3600MW và

‘Tajikistan sẽ trở thành nước có lượng điện xuất khẩu tính theo đầu người caonhất thể giới.

Bang 1.2 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [7]

Na Chiều R R

ăm ung | Dung

Ten côm Loại | cao xả

BT xay | 8 Hình thức trần | O° | get toàn | tien

trình đập | đập max

dựng bp | now teh

tm%9 | 00m) | 0m)“Trần đọc có cửa

Hồ chứa nước | 1966- van điều khiển,

A |ais 12684 |3 | 207.71974 ‘TN đồng phun

Tran doe có cửa

Hồ chứa nước | 1977- `

A |4 |van,tNoing |259 |l42 | 127XaHương — | 1982

đồng phun

“Tần đọc tự đồ,

H chứa nước

A C40 |aNbingdong |dOL |3 |Z72Phú Ninh

Hỗ chứanước |[T988| — Ï “Trần đọc cố cửa

A |40 1058 |73 orSông Quao | 1997 van, TN bing

Trang 18

Ldn vấn thục sĩL5 Chuyên ngành Xay dung công trình thủy:

đồng phunTin đục có cửa

2004- :

Hỗ Của Dat € |HSS |wan.TNbằng [11594 |13648 |107082009

đồng phunDip tin cb ota

Hồ Nước —

|2006-DĐ |? | van, sigu ning

Trong 2010 :bằng dang day

Công tinh x 18“Thủy điện Hồa | 1979-

B |128 |e6l2caxảmạt|35400 | 9450 | s600Binh 199

và 6 cửa xã đầy"Trần dục có cửa1993- :

Thủy da taly | lại |B [6 |wamTNbằg | 13733 19

7 đồng phun

Tain dọc có cửa

1996-TD Hàm thuận B |935 |van.dốcmuóc+2001

mũi phun1997

TD Dami B {so | trinbén yrdo

€ |9322 | +Dbe nuse+

quang 2007

mũi phun

R 2005- Dip trân có cửa

TD Đồng nai 3 pj tos 104002009 + Mũi phun

Hoe viên: Ngô Thị HồngLip cao học I7CT

Trang 19

Lin vấn thạc sĩ 16 _ Chuyên ngành Xây dụng công trinh iy

Dip trần xa

2011- sâu có cửa van

Lai Châu Ð J7 2016 iiiếp

tui 2008-| [uy | a did, i

8 lama tiếp bằng mũi

Trang 20

Lin vấn thạc sĩ 17_Chuyen ngành Xây dụng công tình thủy

6 Việt Nam công trình thủy điện Sơn La được xếp vào loại lớn nhất nướcvới chiều cao đập 138.1m là đập bê tông áp dụng công nghệ mới bê tông đầmtan RCC, nhà máy thủy điện có công suất 2400MW lớn nhất Việt Nam.

Ghi chú

Dap đất

Dap Đá dé có lõi chống thắm.awe Đập Đá đồ + Bê tông bản mặt

D Bê tông trọng lực

1.2 Các trường hợp bố trí công trình tháo nước dưới sâu.

Trong đầu miông trình thủy lợi hd chứa nước, ngoài một số công trình

như đập dâng, công trình lấy nước, công trình chuyên môn, còn phải làm các.

công trình để tháo nước lũ thừa không thể chứa được trong hỗ Các công trình

46 có lúc đặt ở sâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ hỗchứa khi cần thiết phải kiểm tra sửa chữa hoặc tháo bùn cát trong hỗ Có công

trình tháo lũ thì hồ mới lam việc được bình thường và an toàn.

Công trình tháo lũ trên mặt thường đặt ở cao trình tương đối cao Do cao.

trình của ngưỡng tràn cao, nên nó chỉ có thể diing để tháo dung tích phòng lũ

của hỗ chứa đến cao trình ngưỡng tran hay ngường giéng Céng trình tháo lũtrên mặt bao gồm các kiểu sau đây:

- Đường tràn kiểu gio

Trang 21

Lin vấn thạc sĩ 18 — Chuyên ngành Xây dụng công tình hi

Nếu hồ chứa có nhu cầu tháo cạn đến cao trình nào đó, hoặc do lòng sông,hẹp các công trình xả mặt không đáp ứng đủ khả năng xa lũ, hoặc có yêu cầu

về xa cát don vị thiết kế thường bố trí thêm các lỗ xả sâu Các lỗ này có thẻ

đặt ở dưới đáy đập vật liệu địa phương (cống ngằm), qua thân đập bê tông(đường ống), có thể đặt ở trong bờ (đường him) khi điều kiện địa hình địachất cho phép Với loại này có thé thao được nước trong hồ ở bat kỳ mực.

nước nào, thậm chí có thể tháo cạn hd chứa Loại này không những để dùng

tháo lũ mà cồn tủy cao trình, vị trí và mục đích sử dụng có thé dé dẫn dòng thicông lúc xây dựng, tháo bùn cát lắng đọng trong hồ chứa hoặc lấy nước tưới,phát điện Tùy theo điều kiện cụ thể mà có thể kết hợp nhiều mục đích khác

nhau trong một công trình tháo nước dưới sâu.

1 Điều kiện thủy lực của công trình xả sâu.

Để thỏa mãn yêu cầu tháo nước như xả, tháo cạn hd, đồng thời thoả manyêu cầu ding nước của các ngành như dẫn nước vào nhà máy thủy điện, cungcấp nước cho nông, lâm nghiệp, dân dụng, v.v thường phải xây dựng các

ông trình dẫn nước và xả nước kiểu sâu, Các công trình đó bao gồm đường

ham, cống ngằm, đường ống trong thân đập.

Đường him được sử dụng trong trường hợp không có điều kiện bổ trí

công trình tháo dẫn nước qua bản thân các công trình ding nước hoặc gặp khó

khăn khi đảo hở, không kinh tế, v.v Trường hợp địa chất tốt thuận tiện choviệc làm đường him thì cần xét tới phương án tháo hoặc dẫn nước bằng.đường him, Đối với nhà máy thủy điện ngằm thì cin phải dùng đường him để

Cổng ngầm thường được bố trí dưới các đập vật liệu địa phương như đập.

đất, đập đá, v.v tốt nhất là được đặt trên nén đá Chiểu dai cổng ngầm ngắn

hơn so với đường him Nói chung cống ngằm tháo lũ ítđược dùng hơn.

Đường ống trong thân đập: Loại này được bổ trí trong thin đập bê tông,

Trang 22

Lin vấn thạc sĩ 19 _ Chuyên ngành Xây dụng công tình thủy

hoặc bê tông cốt thép, có đặc điểm là kết cấu đơn giản, thi công tiện lợi, cho

nên thường được dùng nhiễu.

Dac điểm làm việc:

~ Cửa van ở sâu, khi mở lưu tốc ở dưới cửa rất lớn Cùng một dign tíchmặt cắt ngang như nhau, lưu lượng tháo qua lỗ sâu lớn hơn rất nhiều so với.

tháo ở đỉnh Ngoài ra tháo nước tương đối ổn định; khi mực nước thay đổi,

lưu lượng thay đổi Ít, mực nước trong hồ thấp cũng có thể tháo được lưulượng tương đối lớn.

- Do lưu tốc lớn nên bản than dòng chảy có mạch động, đễ sinh ra chânkhông khí thực Mạch động của dòng chảy có thé gây nên rung động cửa van

và các bộ phận khác,

- Lúc mực nước trong hỗ cao, cửa van chịu áp lực nước lớn Lực đóng mở

cửa van đều rất lớn Như vậy trọng lượng của các thiết bị đóng cảng lớn.

- Cửa van của công trình ở thấp, tiện lợi trong việc tháo bùn cát Nhưng,nếu dòng chảy mang nhiều bùn cát thì khi tháo lũ hoặc tháo bùn cát thì cũng.

có thé gây nên bio mòn lớp lot của đường ống

- Ông ngắm và đường him chịu áp lực dat đắp hoặc da, Riêng áp lực đá

xung quanh đường ham có thé cùng với lớp lót chịu một phan áp lực của nước.bên trong đường ham.

Tất cả các hiện tượng không lợi về phương diện thủy lực trên đây, licthiết kế cn phải xét đến va có các biện pháp khắc phục như cửa vào có phân.thành nhiều cửa nhỏ để giảm áp lực đóng mở cửa van, đồng thời thuận tiện

cho việc điều tiết lưu lượng; cửa vào, đoạn thu hẹp hoặc mở rộng, đoạn ống

cong cé gắng thiết kế dé dòng chảy vào hoặc chảy qua đều được thuận, tránh.gay áp lực chân không quá lớn Tại những nơi đó và xung quanh cửa van cầngia cố để chống tác dụng mài mòn và khí thực, v.v.

Trang 23

Lin vấn thạc sĩ 20 _ Chuyên ngành Kay dựng công trình thy

1.4 Những hư hong thường gặp ở các công trình tháo nước đưới sâu.

Đặcliếm chung của các công trình tháo nước dưới sâu là khó kiểm tra

trong quá trình vận hành, va sự hư hỏng của nó rat khó cho công tác sửa chữa,

dé gây tác hại liên hoàn đến các công trình cận kẻ Cụ thé với từng loại công.trình xả sâu khi thiết kế cần chú ý những hư hỏng thường gặp như sau dé đềphòng và có các biện pháp kỹ thuật để khống chế:

~ Công ngầm: Thường nằm dưới thân đập vật liệu địa phương dé bị xâmthực phía sau buồng van, cửa vào, đầu các mé phân dòng phía trong buồng.

van, tại các mẫu gỗ ghé bé mặt buồng van và cửa van, tại các vị tri khe và bậcthụt Cửa van vận hành đễ bị rung động, dễ xuất hiện lún không đều giữa các

đoạn ống công nêu không được đặt trên nên đá,

~ Ong dẫn nước qua thân đập: Phía sau buồng van ở cửa vio dé có xâmthực gan giống như cửa vào cống ngầm, cửa van dễ bị rung động, thân ốngxuyên qua thân đập nên xung quanh ông có sự phân bổ lại ứng suất và sinh rahiện tượng tập trung ứng suất, đồng thời trong ống còn chịu áp lực nước, áp.

lực đó thưởng là trọng tải chủ yếu của đường ống, đặc biệt có lúc cột nước

lớn Vì thé xung quanh đường ống thường dùng lớp lót bằng các tắm thép cố.

kết chặt chẽ với bê tông hoặc xung quanh ống có bố trí cốt thép.

~ Ham dẫn nước: Phần cửa vào dé hư hỏng như cửa vào của cống ngầm vàống dẫn nước Ngoài ra do đặc điểm hầm thường dài, đi ngằm trong lòng đắthoặc đá nên công tác thi công và kiểm soát khó khăn, nếu công tác khảo sátdia chất không có độ chính xác cao, công tác tính toán ứng suất và gia cổ tạm

không được chú ý thi rit đễ có nguy cơ sụt hằm, thấm mắt nước.

Tổng quát thì hiện tượng xâm thực là hiện thượng thường hay gặp nhất

và thường là nguyên nhân chính din đến sự vận hành không an toàn của côngtrình, sự hư hỏng do tác động của khí thực tạo ra gây tôn that lớn về kinh tế và

khó khăn cho công tắc sửa chữa và khôi phục.

Trang 24

Ldn vấn thục sĩ21 Chuyên ngành Xóy dụng công trình thúy

Bảng 1.3: Một số thống kê về xâm thực &

công trình tháo nước dưới sâu |8]

Têncông | Namhoin | Vịtrixây | Bộ phận hư | Nguyên nhân

trình thành đựng hồng hư hong

Glen Canyon 1964 ‘Arizona Him dẫn Khi thye

Dam USA nước

Lucky Peak 1956 Waho Cữaxisâu | Khithye

Hỗ Núi Cốc 1982 Tinh Thii | Ciia vio céng | Khithụe

Nguyên ~ Việt nước

Tige viên: Ngô Thị HingLip cao học 17CL

Trang 25

Lin vấn thạc sĩ 22_Chuyén ngành Xây dựng công trình thủy

Trang 26

Ldn vấn thục sĩ 23 Chuyênih Xây dựng công trình thủy

làm bong tróc hết bề mặt ngưỡng vào cửa xả sâu [8]

Tige viên: Ngô Thị Hỗng Lip cao học 17CL

Trang 27

Lin vấn thạc sĩ 24 Chuyên ngành Xây dụng công tin iy

Hình 1.3 - Công trình Terzaghi (British Columbia) - do hiện trợngxâm thực làm bong tróc hết bề mặt bê tông xung quanh cửa van phẳng.

phía hạ lưu của lỗ xã sâu |8]

Trang 28

Lin vấn thạc sĩ 25 _Chuyén ngành Kay dung công trình thủy

Hình 1.4 - Công trình Keenleyside (British Columbia) - do hiện tượng

xâm thực làm bong tróc hết bề mặt bê tông, chỗ ngưỡng vào đáy còn bịthủng, chỗ sâu nhất tới 9 in (<23em) [8]

Trang 29

Lin vấn thạc sĩ 26 _Chuyén ngành Xây dụng công trình thủy

1.5 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu.

Nhu trên đã nêu, sự cố ở các công trình xả sâu thường rất khó kiểm soát va

khó sửa chữa Vì vậy nhiệm vụ của kỹ sư thiết kế là phải đưa ra các giải pháp.

kỹ thuật để đảm bảo công trình vận hanh an toàn lâu dai, trong những vấn đềcẩn chú ý nhất đó là vấn đề khí thực, nó là tác nhân chính gây ra sự làm việc.

mắt an toàn của công trình xa sâu Trong phạm vi luận văn, tác giả muốn disâu vào nghiên cứu đánh giá về khí thực ở những công trình xả sâu, tính toánáp dụng cho một công trình cụ thể là cửa xả sâu của công trình Thủy điện Sơn

La - công trình thủy điện lớn nhất của nước ta

1.6 Kết luận chương 1

Việc thi công trình xả sâu trong hạng mục công trình đầu mồi có tácdụng rất tốt cho vấn để vận hành hồ chứa được linh hoạt: có thể kết hợp.nhiệm vụ hoặc làm việc độc lập theo từng nhiệm vụ: Xa bùn cát, xa lũ, cắp

nước cho hạ du, dẫn nước vào nhà máy Bên cạnh ưu điểm đó thì nhược

điểm đáng lo ngại với cửa xả sâu là hiện tượng khí thực Tác hại của hiện

tượng này gây nên những hư hỏng nặng né khó khăn cho công tác sửa chữa

và tôn that lớn về kinh tế Các kỹ sư thiết kế can có cái nhìn cân trong hơn vekhí thực và trong công tác thiết kế cần phải chú ý: những vị trí hiệnkhí thực, bố trí đường biên hợp lý, thay đổi loại vật liệu, hoặc đưa hình thức.tiếp khí để phá chân không (nếu có) dé đảm bảo công trình vận hành én định.

và lâu dài

Trang 30

Lin vấn thạc sĩ 21 Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN VE KIEM TRA KHÍ THỰC CUA CÁC CÔNG TRÌNHTHAO NƯỚC DƯỚI SÂU VA CAC BIEN PHÁP PHÒNG KHÍ THỰC

2.1 Khí hóa ở các bộ phận công trình tháo nước dưới sâu.

+Khái niệm khí hóa và phương pl p kiểm tra,

Khí hóa là hiện tượng tao thành các bọt khi và hơi từ trong lòng chất lỏng

khi áp suất ở đó giảm xuống dưới một giới hạn nhất định Sự bắt đầu của khí

hóa được đặc trưng bởi việc xuất hiện các bot li ti chứa đầy khí va hơi củachất lỏng dang xét (ở đây là nước) Khi khí hóa tiếp tục phát triển, các bọt khíhơi hình thành tập trung trong một phạm vi nhất định gọi là đuốc khí.

"Như vậy điều kiện để có khí hóa trong chất lòng làPS te:

trong đó: p - áp suất tuyệt đối tại điểm đang xét,

Phe ap suất tuyệt đối giới hạn phát sinh khí hóa, pạ; = ý.H,y;

+ _ trọng lượng riêng của nước;

H- cột nước áp suất toàn phan tại điểm xét:

Ha - cột nước áp suất khí trời, phụ thuộc vào cao độ điểm xét.

Ha - cột nước áp suất dư;

Hạ cột nước áp suất tuyệt đối giới hạn khí hóa, phy thuộc vào nhiệtđộ

Phương pháp kiểm tra: Sử dụng hệ số khí hóa dé kiểm tra điều kiện khí

Hệ số khí hóa là đại lượng dùng để đánh giá khả năng phát sinh khí hóa tại

một bộ phận (vật chảy bao) nào đó trên thành lòng dẫn

Trang 31

Lin vấn thạc sĩ 28 — Chuyên ngành Kay dung công trình thiy

“Trong dé:

K - hệ số khí hóa, phụ thuộc vào dong chảy;

Hộ; - cột nước áp suất toàn phần đặc trưng của dòng chảy bao quanh bộ.

chính là trị số của K trong trường hợp bọt khí bắt đầu hình thành Trị số của

Kye thường được xác định bằng thí nghiệm thủy lực trong phỏng, được quan

sat bằng mắt hay thiết bị do.

Các giai đoạn khí hóa được chia thành 3 giai đoạn và được đặc trưng bằng

hệ s p: K

03)Trong đó:

08<R<1 giai đoạn bắt đầu khí hoá

0.1<B< 0.8 : giải đoạn khíhoá mạnhð<01 giai đoạn siêu khí hoá.

2.1.2 Kiểm tra khí hóa tại các bộ phận công trình tháo nước dưới sâu.21.21 Tổng quát

điều kiện không có khí hóa, hoặc có khí hóa nhưng khống chế mức độ pháth của việc kiểm tra khí hóa để đảm bảo công trình lim việc trong

triển không đủ để gây nên khí thực nguy hiểm Việc kiểm tra cần tiến hành

Trang 32

Lin vấn thạc sĩ 39 _ Chuyên ngành Kay dụng công trình thủy

với các chế độ làm việc khác nhau của cửa van vận hành, tại các vị trí dé cókhả năng phát sinh khí hóa, tùy theo thiết kế của từng công trình xả sâu mà

có thể có các vị trí nguy hiểm cần phải kiểm tra như sau:

~ Đầu vào của các cửa xa sâu: Thường có sự giảm cục bộ áp lực do sự cohẹp của mặt cắt ống so với mặt cắt thượng lưu, ngoài ra mạch động áp lực có.thể làm xuất hiện các đình âm tức thời cũng dẫn đến phát sinh khí hóa trongnhững khoảng thời gian nhất định.

- Các gd ghề cục bộ trên bề mặt lòng dẫn: Trong quá trình thi công hay sửa.

chữa, không tránh khỏi hình thành các miu gỗ ghé ngẫu nhiên mà độ thô của

chúng phụ thuộc vào kỹ thuật thi công (ván khuôn, các chỗ nối ván, các đầu.

cốt thép nhô ra ), Khi dòng chảy bao quanh các mẫu gồ ghé như vậy, có thé

âm phát sinh khí hóa va khí thực

~ Bộ phận buồng van nơi có các khe, ngưỡng, mé phân dong.

Buồng van là bộ phận của công trình xa trong đó có đặt các khe van tạo ra

sự biến dạng đột ngột dòng chảy khi điều chỉnh lưu lương bằng cửa van, trên

buồng van cần chú ý kiểm tra khí hóa các vị trí sau

+ Các mồ gỗ ghề bề mặt buồng van;

+ Các khe, cửa vào giếng van, bậc thụt ở đáy khi mở van hoàn toản;+ Khi cửa van mở 1 phan kiểm tra khả năng khí hóa ở các khe và ngay trên

chính cửa van;

+ Khí hóa tại đầu try pin trong buồng van;

+ Xác định sự bắt đầu khí hóa khi nước chảy qua các thiết bị chống rò.

2.1.2.2.Kiém tra khí hóa tại cửa vào

Trị số của hệ số khí hóa phân giới của các cửa vào không tách dòng có thểxác định như sau:

K„.=C, 4)Với Cyn = Cyan 162, 25)

Học viên: Ngô Thị Hỗng Lip cao học 17CL

Trang 33

Lin vấn thạc sĩ 30._ Chuyên ngành Xay dựng công trình thiy

Ở đây, là hệ số giảm áp lực lớn nhất cửa vào, trị số tức thời, Cyan là trị

số trung bình thời gian, trị số C, đượcác định cho các cửa van vào dạngtròn và elip trong các thí nghiệm của tác giả khác nhau (Tríchvasvili, Orlôvavà Rézanép, Dubintrich, Borfanôp ) xem hình 2.1, 2.2.

„: Hệ số tiêu chuẩ mach động áp lực tại cửa vào

p: tiêu chuẩn mạch động áp lực tại mặt cắt cuối đoạn vào (xác định bằng.

cách xử lý thống kê các số liệu đo áp lực),

~ Cửa vào lượn tron:5p = f{ dang mặt cắt, r/D hay r/ht) Cửa vio lượn theo

cung clip: 8p = {( Ks, Kr), xem hình 2.3, 2.4.

4: hệ số mach động lớn nhất phụ thuộc vào mức bảo đảm trong tính toán,khi thiết kế cửa vào theo điều kiện không cho phép phát sinh khí thực có thélấy ¿=4.

Nghiên cứu thực nghiệm cũng đã chi ra rằng trong các cửa van elip thì loại

có độ thoải K,= 3 là ưu việt nhất về mặt phòng khí thực.

Trang 34

Lin vấn thạc sĩ 31 Chuyên ngành Xay dụng công trình thiy

4) Kiểm tra khả năng khí hóa khi mở van hoàn toàn.# Xác định tị số K và x,

Nguồn sinh khí hóa trong trường hợp này chủ yếu là các khe van phẳng

hay bán khe của tru van cung.

Khi chảy bao quanh các bộ phận này trong chế độ có áp hoặc khi dòng,chảy không áp trong đường tháo, nhưng không có thiết bị thong khí riêng &vùng tách đồng ở khe van hay sau bán khe, trị số &,„ đối với biên sau của khe

van K,, cũng như đối với biên trước K,„ của van phẳng lấy theo hình 2.5.

Với mặt trước của khe (I)

Key = Ky [140,650 h-D]K, 1Với mặt sau của khe (1D)

K gy =AK,,K,[I+0,650% 8D] (8)Trong đó.

Trang 35

Lin vấn thạc sĩ 32 _ Chuyên ngành Xay dụng công rình thủy

K„„: theo bảng 2-4 trang 351] - Các dang mẫu gồ ghề đặc trưng và

trị số K,„ tương ứng

K,: hệ số sửa chữa do lùi bề mặt long dẫn sau khe van vẻ phía trụ

(hình 2.5, dang a) Với dang này, trị số phụ thuộc vào diw:

Bảng 2.1 Bang tra hệ số sửa chữa Ka [1]

Trang 36

Lin vấn thạc sĩ 33 _ Chuyên ngành Xay dụng công trình thiy

Các ký hiệu xem hình (2.5)

Véi các điều kiện trên hình 2.5, V„ edn lấy là trị số lưu tốc bình quân tạimặt cắt có khe van, còn H,„ lay áp lực tuyệt đối bình quân cũng ở mặt cắtnày, chiều dày lớp biên xác định theo chỉ dẫn đã nêu trên.

b) Kiếm tra điều kiện khí hóa khi mở van từng phan,

Trong trường hợp này, khí hóa có thé phát sinh từ hai nguồn:

- _ Sự tách đồng chảy khỏi khe van, bán khe và bậc thụt, tức các bộ phận.- _ Cổ định của buồng van

- Su tách đồng chảy khỏi bộ phận động của van

Nguồn thứ nhất là nguy hiểm khi cháy có áp hoặc chảy ngập không áp.

1 Khí hóa khi tách dòng khỏi van phát sinh ở ving ranh giới giữa chủ lưu

và miễn xoáy và tác dụng rất mạnh lên tường bên của đường dẫn sau van, có

thể gây lên xâm thực tưởng.

Hệ số khí hóa phân giới đối với nguồn này ít, phụ thuộc vào các phầncố định và chỉ xác định bởi dang và kết cấu van ( Hình 2.6) Áp lực đặc trưng

ở gần mặt hạ lưu van (ở vị tríất thu hep Có t

trong trường hợp này là áp lực trên đường di

ất thủ hep) = lưu tốc đặc trưng là lưu tổ

gần đúng:

s4 BH,

Tri số 11, phụ thuộc vào độ mở và xác định bằng tính toán thủy lực.

Đối với van cung (đặt thuận và ngược) trên hình 2.6 trị số K,„phụ thuộc

vào độ mở cửa van tương đối Ngoài ra trong phạm vi 0,I<a/h < 0,9, quan hệ

Trang 37

Lin vấn thạc sĩ 34_— Chuyên ngành Xay dựng công trình thịy

đây độ choán là tỷ lệ giữa diện tích hình chiếu lên mặt phẳng nằm ngang của

kết cấu van nằm trong phạm vi khe và diện tích mặt cắt ngang khe w.h Khiđộ choán nhỏ (<50%) thì x, lớn hơn và thực tế không phụ thuộc vào độ mở

Đối với van phẳng kín nước phía thượng lưu trị số £,„„ cũng như trường

hợp kín nước phía hạ lưu và độ choán lớn,

a Vm dung K,,Van ong ngược

& Van phẳng lê dỗ chain > 75% K, = 18:20

Hình 26 ~ Hệ số khí hóa phân giới đối với 1 số dạng van mỡ từng phần [1]Khi điều kiện K> K,„ với van mở một phần không thỏa mãn thi cần phải áp

dụng các biện pháp chuyên môn dé bảo vệ thành đường dẫn nước khỏi bị âm

2 Khí hóa khi tách dòng khỏi khe van, bán khe và bậc thục Khi mở vanmột phin, nó có thể xảy ra trên toàn mặt cắt cửa nơi tạo ra vùng chảy táchdong Tuy nhiên, điều kiện phát sinh khí hóa trongphần khác nhau của

li sắc nếp K, = 16:20 - ép từ K, =Lã:16

Trang 38

Lin vấn thạc sĩ 35 — Chuyên ngành Xay dụng công trình thiy

vũng cũng không giống nhau Chúng xác định đầu tiên bởi sự lùi xa của phần.

khe van đang xét so với bộ phận động của cửa van.

Khi cháy có áp sau van hoặc khi chảy ngập không áp thì khí hóa dòng,

chảy ở khe van và bậc thụt ở gần bộ phận động của van phát sinh sơm hơn so.

với khi mở cửa van hoàn toàn đo:

- Thu hẹp đông chảy làm triệt tiêu chiều day lớp biên ở trước các bộphận vừa nêu của buồng van.

- _ Có sự mở rộng của đồng chảy ra 2 bên, phát sinh ding chảy đứng dọckhe va thu hẹp vùng tách đồng sau khe hay bậc thut

Do những nguyên nhân này mà hình dạng mặt sau của khe van phẳng khi

kin nứợc phía sau thực tế không có ý nghĩa trong việc xác định điều kiện khíhóa khi mở van từng phan.

Để tinh tan thực tế khi van kin nước phía sau có thé trị số K, đối với khe

van phẳng gần bộ phận động trong phạm vi 1,6 < K,„ <22 túc tị số K, cho cửa

van nổi chung.

2.2 Khí thực ở công trình tháo nước dưới sâu.2.2.1 Khálệm khí thực.

Khi thực la hiện tượng tróc rỗ, phá hoại, xâm thực bề mặt lòng dan do khí

hoá đủ mạnh va tác động trong một thời gian đủ dải

Đối với thành lòng dẫn là bê tông khi dòng chảy có lưu tốc cao, khí thực chủ.yếu là đo tác động cơ học (sự tiêu hủy dồn dập của các bọt khí gần thành rắn

sẽ kích thích quá trình môi của vật liệu).

Môi trong những điều kiện làm việc an toàn của các công trình xả nước là

tránh để sinh ra khí hóa dong chảy trên các bộ phận cửa nó với các trường hợp

làm việc khác nhau Tuy nhiên, do đặc điểm cấu tạo của các bộ phận công.trình, nhiều khi điều này không thể thực hiện được, chẳng hạn ở các mồ tiêu.năng, buồng van của đường xả dưới sâu Cũng có trường hợp có thé thay đổi

Trang 39

Lin vấn thạc sĩ 46 Chuyên ngành Xay dựng công trình thịy

hình hạng chảy bao của các bộ phận công trình để loại trừ khí hóa dòng chảy,nhưng khi đó khối lượng công trình lại tăng lên đáng kể Vì vậy trong một số

trường hợp có thể chấp nhận phát sinh khí hóa trong một phạm vỉ cho phép và

chứng minh được rằng giải pháp lựa chọn là kinh tế nhất.

Pham vi cho phép ở đây là khí thực không được gây ra sự cổ cho công trình,đồng thời khu vực xâm thực có thé được kiểm tra và sửa chữa định kỳ saumột thời gian khai thác nhất định."

Trang 40

Lin vấn thạc sĩ 31 _ Chuyên ngành Xay dụng công trình thịy

Xuất hiện các vùng lỗ hổng lớn vùng lỗ hổng tách riêng ra

Dòng chay

ở Khí hóa mạnh.

Hình 2.7 Sự hình thành và phát triển của hiện tượng xâm thực [8]

2.2.2 Phương pháp kiếm tra khí thực:a) Kiểm tra theo lưu tốc ngưỡng xâm thực

kiện để không xảy ra khí thực;

Vy < Var (2-10)

Vạy= f(Rụ, S) @-11)

"Trong đó:

Vy: Là lưu tốc cục bộ của ding chảy tại bộ phận đang xét

Vag: Lưu tốc ngưỡng xâm thực: là giới hạn mà lưu tốc vật liệu có thé chịu.được để không bị xâm thực cả khi dòng chảy bị khí hóa Vật liệu cảng bên vềkhả năng chống xâm thực thì trị số Vap càng cao Vag: xác định theo hình 2.8

“Trong hình 2.8:

Ry: Cường độ vật liệu thành lòng dẫn

S: Hệ số ham khí trong nước.