Một vài ý kiến về công trình dẫn dòng thi công dạng bậc nước - Vũ Thanh Te

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 vào xây dựng công trình biện pháp dẫn dòng thi công là 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 thảm rọ đá. Mời các bạn cùng tham khảo.

của dòng chảy từ đỉnh đập đá đổ xuống bậc thứ Ta gọi X khoảng cách phóng xa X xác định theo công thức: (2) X  Z g  f g Z g  f3    Trong ®ã fg- Cao ®é ®Ønh bậc thứ Zg- Cao độ trung bình mực nước ë cuèi bËc thø nhÊt Z g   Z  Z    f3 - Cao độ đỉnh bậc thứ hai Các ký hiệu công thức (2) thể hình g Zo Zo Z1 Z3 X Hình Các th«ng sè bËc n­íc Khi cã thÝ nghiƯm ta sư dụng trị số đo đường mặt nước để xác định giá trị Z0, Z1 để suy Zg Khi chưa có số liệu thí nghiệm tính Z0 Z1 mực nước đập tràn đỉnh rộng chảy tự Độ sâu dòng chảy mặt cắt 1-1 mòi hÊt (mÐp ci bËc) lµ h1 qua thùc nghiƯm cho thấy nhỏ độ sâu phân giới hpg, xác định theo công thức thực nghiệm Mooer Rand h1 = 0.715hpg (3) Năng lượng dòng chảy tiêu hao qua dòng phun rơi phần khuếch tán không 32 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 cường công tác gia cố tăng đường kính thép hàn lưới rọ, tăng thép néo Điều đề cập rõ phần tính kết cấu rọ thép bỏ đá 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 + 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 sắt 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 a  a = 15cm  15cm ThÐp lµm khung cđa rọ loại sắt tròn 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 chống lôi cho rọ đá dòng chảy có lực tác động lớn nên đáy rọ dùng thép néo, đường kính thép néo 2226 Mật độ thép néo bố trí dày hay thưa tuỳ thuộc vào lực tác dụng 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 dùng cục bê tông: 0.5m 0.5m 0.5m để chôn 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 Xin giới thiệu sơ đồ rọ thép (hình 3) N ắp đậy Thép khung Thép V ách ngăn 1m 1m 3m Hình Mô tả sơ rọ thép c Tính kết cấu rọ thép Rọ phải đảm bảo không bị dòng chảy trôi, tức ổn định tác dụng dòng chảy Chiều dày rọ xác định sau: - ứng suất cắt dòng chảy mặt rọ đ=whi mái bờ hai bên m=0.75 ® ta cã: m  75  w hxi h i  75  w n V2 R1/3 (4) Hì Trong c«ng thøc (4):  w - Dung träng cđa n­íc h- ChiỊu s©u trung bình dòng chảy i- Độ dốc đường mặt nước n- HƯ sè nh¸m cđa rä V - VËn tèc trung bình dòng chảy R- Bán kính thủy lực Khi chưa có số liệu thí nghiệm mô hình vận tốc V tính theo công thức Manning: x R2/3 x i1/2 (5) n Trường hợp dòng chảy trượt bậc thang tạm lấy i=i, i độ dốc 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 đối lớn lấy Rh + Lực cắt giới hạn mặt rọ tính theo công thức: cđ= C(đ - w) t (6) Trong đó: 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 đá hai mái bờ V=1/nR2/3 i1/2, cm=c®   Sin      (7) Sin    - Gãc nghiªng 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 trë lªn Mét sè vÝ dơ cđa Trung Qc dùng rọ thép bỏ đá a Công trình thủy điện Thiên Sinh Kiều + Sơ lược công trình Công trình bậc thang thủy điện cấp I sông Hồng; chiều cao đập mặt 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 33 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 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 l­u l­ỵng Q=2500, 3000, 3500, 4400, 5500, 6500, 7760, 9670, 10800m3/s chọn kết cấu rọ thép bỏ đá gia cố đoạn đập xây dở hợp lý + Kết xả lũ thực tế Mùa lũ 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 luận: Qua mùa lũ lớn, đoạn đập đắp dở an toàn 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 + Sơ lược công trình 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 võa cã nhiƯm vơ sư dơng tỉng hỵp, lÊy n­íc 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 bËc nh­ h×nh 34 6180 1800 1500 1928 (7) (5) (2) (1) (4) (6) 1915 (3) (8) H×nh Mặt cắt ngang đập tràn nước xả lũ Ghi chú: (1) Đê quai (5) Đá lát khan (2) Khối đá nén (6) Đá đắp đập (3) Rãnh đổ bê tông (7) Rọ thép bỏ đá (4) Màng composit (8) Lớp bê tông đệm Kết tính đường kính đá quy đổi bảo vệ mặt lưu tốc tràn qua mặt đập cao trình 1928m bảng Bảng Quan hệ V~d mặt đập đắp dở T©n Hoa V (m/s) d (m) G (kg) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0.02 0.09 0.20 0.35 0.55 0.80 0.8 16.5 82 250 617 1307 Công trình xả lũ thi công năm 2002 an toàn hoàn thành xây dựng năm 2005 c Công trình thủy điện Liên Hoa - tỉnh Cát Lâm + Phương án dẫn dòng Lưu lượng lũ 8070m3/s Biện pháp tháo lũ xả qua hai nen dẫn dòng kết hợp với đoạn đập đắp dở Theo tiến độ thi công thực công trình thủy điện Liên Hoa, nguyên tắc cố gắng tiết kiệm kinh phí bảo vệ đường tràn dẫn lũ tiến hành nghiên cứu so chọn phương án đáy đoạn đập đắp dở là: 150, 200, 250, 300m Ngoài tính toán thủy lực tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực tổng thể công trình mô hình mặt cắt dẫn qua đoạn đập đắp dở Qua tổng hợp phân tích so sánh xác định phương án xả lũ qua đoạn đập đắp dở là: chiều rộng đáy dài 250m, cao trình đáy 173.0m, hai bên bờ có mái là1:1.5 Thời đoạn lũ lớn sử dụng hai nen xả lũ kết hợp với đoạn đập đắp dở bảo vệ để tháo lũ Xác định thông số thủy lực nêu bảng Bảng 2: Các thông số thủy lực xả lũ Lưu lượng (m3/s) 8070 Chiều rộng Chỗ chừa (m) 250 Thông số thủy lực theo tính toán Lưu tốc Lưu tốc mặt đập mái đập hạ (m) lưu (m/s) 3.37.65 18.52 Thông số thủy lực theo thí nghiệm Độ sâu dòng chảy mái đập hạ lưu (m) 1.074 Bảo vệ mái đập hạ lưu dïng l­íi cèt thÐp gia cè b¶o vƯ, thÐp khung dùng 25mm, kích thước mắt lưới 15cm*15cm, thép néo mặt 32mm dài 10m khoảng cách ngang khoảng cách dọc dùng 90cm, thép néo liên kÕt víi l­íi cèt thÐp b»ng hµn IIi KÕt ln: Phương pháp dẫn dòng xả lũ thi công qua Lưu tốc mặt đập (m/s) Lưu tốc mái đập hạ lưu (m/s) Độ sâu mái đập hạ lưu (m) 2.157.85 10.2715.03 1.452.33 đoạn đập đắp dở mang lại hiệu kinh tế lớn, nên Trung Quốc 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 Nguyễn Khánh Tường; Rọ đá công trình Thủy lợi - Giao thông - Xây dựng NXB Xây dựng Năm 2001 Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te; Đập tràn thực dụng NXB Xây dựng Năm 2007 Viện Khoa học Thủy lợi; Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước mã số 6-201J Năm 2007 Summary soMe recommendations on step -based weir hydraulic structures for constructive flow discharge 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 stepbased 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 Người phản biện: PGS.TS Lê Xu©n Roanh 35 ... án dẫn dòng 33 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 Mùa lũ năm thứ xả lưu lượng thi công qua nen dẫn dòng. .. Công trình thủy điện Liên Hoa - tỉnh Cát Lâm + Phương án dẫn dòng Lưu lượng lũ 8070m3/s Biện pháp tháo lũ xả qua hai nen dẫn dòng kết hợp với đoạn đập đắp dở Theo tiến độ thi công thực công trình. .. hạn dòng chảy (Vth) Khi mà vận tốc lớn 5m/s cần dùng rọ đá có chiều dày 0.50m trở lªn Mét sè vÝ dơ cđa Trung Qc dïng rọ thép bỏ đá a Công trình thủy điện Thi n Sinh Kiều + Sơ lược công trình Công