Giải pháp kết cấu cho công trình dạng mỏ hàn bố trí tại các đoạn sông cong

Trên hầu hết các dòng sông ở nước ta đều xây dựng công trình chỉnh trị sông. Do có hiệu quả nhanh nên loại công trình mỏ hàn (MH) đang ngày càng được sử dụng nhiều. Tuy nhiên, qua khảo sát thực tế công trình MH xây dựng trên các triền sông vùng đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB) hầu hết những MH xuất hiện xói bất thường đều ở các khúc sông cong. Nội dung bài báo đề xuất giải pháp kết cấu cho công trình MH bố trí trên đoạn sông cong, nhằm phát huy hiệu quả của công trình.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH DẠNG MỎ HÀN BỐ TRÍ TẠI CÁC ĐOẠN SƠNG CONG TS Nguyễn Kiên Quyết Trường Đại học Công nghệ Giao thơng Vận tải Tóm tắt: Trên hầu hết dịng sơng nước ta xây dựng cơng trình chỉnh trị sơng Do có hiệu nhanh nên loại cơng trình mỏ hàn (MH) ngày sử dụng nhiều Tuy nhiên, qua khảo sát thực tế công trình MH xây dựng triền sơng vùng đồng Bắc Bộ (ĐBBB) hầu hết MH xuất xói bất thường khúc sơng cong Nội dung báo đề xuất giải pháp kết cấu cho cơng trình MH bố trí đoạn sơng cong, nhằm phát huy hiệu cơng trình Từ khóa: Sơng vùng Đồng Bắc Bộ, mỏ hàn, xói bất thường, sông cong Summary: Almost the rivers in Vietnam have demand to construct river trainning works Because it has major, quick effect that type of spur dike works to be used more and more However, the actual surveys spur dike works were constructed in North Delta river banks, almost the spur dikes appear erosion unnormaly in bended rivers also The content of this paper, the author suggests structure method for spur dike works is settled in bended river banks to promote effect of works Keywords: in North Delta River, spur dike, erosion unnormaly, bended river I ĐẶT VẤN ĐỀ1 Mỏ hàn loại cơng trình sử dụng rộng rãi chỉnh trị sơng Mỏ hàn (MH) có tính thu hẹp lịng sơng, điều chỉnh dịng chảy, bảo vệ bờ Hệ thống cơng trình mỏ hàn ứng dụng sông Việt Nam sớm Thời Pháp thuộc, mỏ hàn xây dựng sông Hồng khu vực Hà Nội, thời kỳ trước 1975, Nam Trung Bộ xây dựng số mỏ hàn, sơng Dinh Phan Rang Nhưng cơng trình dạng mỏ hàn xây dựng nhiều sông ĐBBB, đặc biệt hệ thống sông Hồng Bắt đầu cụm MH vùng ngã Ba Việt Trì năm đầu thập kỷ 70 kỷ 20, đến liên tục phát triển Thực tế cho thấy, bố trí hợp lý MH Người phản biện: PGS.TS Phạm Đình Ngày nhận bài: 22/11/2013, Ngày thông qua phản biện: 29/11/2013, Ngày duyệt đăng: 16/12/2013 74 có tác dụng dẫn hướng dịng chảy, xói sâu lịng sơng bồi lắng khu vực MH Ngược lại, loại cơng trình nhạy cảm với dịng chảy bố trí thiếu quy hoạch tổng thể, bố trí khơng tn theo quy luật dịng chảy khơng thể đạt tác dụng cần thiết, chí cịn gây cố, làm xấu sơng, dẫn đến tình bất lợi Qua khảo sát thực tế cơng trình MH xây dựng triền sông vùng ĐBBB, hầu hết cụm cơng trình MH xuất xói bất thường khúc sông cong Điều đáng quan tâm hầu hết gốc MH, hạ lưu MH bị xói mà đoạn bờ hai MH bị xói, ảnh hưởng lớn đến độ ổn định cơng trình diễn biến lịng sơng.Trong nội dung báo, người viết đề xuất giải pháp kết cấu cho cơng trình mỏ hàn bố trí đoạn sơng cong, nhằm phát huy hiệu cơng trình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 19 - 2013 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ a) thượng lưu mỏ hàn b) không gian mỏ hàn c) gốc mỏ hàn Hình Hình ảnh xói lở cụm mỏ hàn Tầm Xá sông Hồng (2012) CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH CHỈNH TRỊ TRONG CÁC ĐOẠN SÔNG CONG tăng lên mực nước tăng lên 2.1 Kết cấu dịng chảy đoạn sơng cong [1], [2], [3] Dịng nước chảy qua khúc sơng cong chịu tác dụng lực hướng tâm Kết cấu dịng chảy khúc sơng cong sản phẩm tổng hợp tác động lực ly tâm trọng lực 25 23 24 19 37 35 33 31 33 26 27 29 31 Hình Đường dịng khúc sông cong Tương ứng với độ dốc ngang mặt nước, tồn dòng chảy theo phương ngang, dạng hồn lưu Hồn lưu đoạn sơng cong có cường độ mạnh thường đơn nhất, phương chuyển động ổn định, kết hợp với dòng chảy dọc tạo thành dịng xoắn hình thể II I II I Hình Đường đẳng cao mặt nước thực đo Đặc điểm bật dòng chảy khúc sông cong tồn độ dốc ngang mặt nước Mực nước cao xuất phía bờ lõm, mực nước thấp xuất phía bờ lồi Kết nghiên cứu đường đẳng trị mực nước khúc cong Phitman A.I [2], rõ rằng: - Dọc theo bờ lõm, đường mặt nước có dạng đường cong lồi, đỉnh cong mực nước cao Dọc theo bờ lồi, đường mặt nước có dạng đường cong lõm, vị trí gần đỉnh cong, mực nước thấp - Độ dốc ngang lớn xuất vùng gần đỉnh cong, giảm dần phía Độ dốc ngang Hình Đường dịng khúc sơng cong Trước vào khúc cong, dịng chảy xuất hồn lưu với cường độ yếu Sau vào khúc cong, hoàn lưu tăng cường đến vùng đỉnh cong, cường độ hoàn lưu đạt đến trị số cực đại, sau lại bắt đầu giảm nhỏ Ra khỏi khúc cong, hồn lưu cịn trì đoạn có tác dụng làm giảm yếu hồn lưu ngược chiều khúc cong TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 19 - 2013 75 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ So với đoạn sơng thẳng, phân bố vận tốc trung bình thủy trực phương ngang đoạn sông cong không Trị số lớn utb đoạn sông cong so với đoạn sơng thẳng có vận tốc trung bình mặt cắt, lớn nhiều, đạt 1,5 lần, hình Trục động lực khơng phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt ngang mà phụ thuộc vào mực nước Ở mực nước cao, dịng chảy thường có vận tốc cao, quán tính lớn, bãi bên bờ lồi bị ngập, tác dụng khống chế bị suy giảm, nên trục động lực có xu hướng duỗi thẳng so với trục động lực mức nước thấp giống phát mơ hình độ sâu lớn hố xói phần đầu MH tỷ lệ với tỷ số lưu tốc trung bình phía bên có MH lưu tốc trung bình tồn máng Giá trị hệ số k phản ánh ảnh hưởng vị trí MH theo kết Amad thể bảng (hệ số K phản ánh mức độ xói MH bố trí đoạn sơng cong so với MH bố trí đoạn sơng thắng) 2.2 Xói cục MH đoạn sơng cong [2], [3] Copeland tiến hành nghiên cứu MH bố trí bờ lõm đoạn sơng cong (hình 5), đưa nhận xét sau: Vị trí MH đoạn bờ lõm sông cong yếu tố vơ quan trọng So sánh với Hình Ảnh hưởng góc lệch MH MH đoạn sơng thẳng, làm cho độ sâu xói tương đối đọan sơng cong độ sâu hố xói tăng lên khoảng gấp hai lần Trước đó, Ahmad tiến hành nghiên cứu Bảng 1.Các trị số hệ số k theo kết nghiên cứu Amad TT Vị trí tương đối MH lịng sơng MH phía đoạn cong bờ lõm, có kèm dịng xốy sau bờ lồi MH đọan cong Góc MH dịng chảy 30÷900 Góc MH dịng chảy 90÷1500 Như vậy, đoạn sơng cong, hố xói cục đầu MH lớn nhiều so với đoạn sơng thẳng Vì thế, cần có giải pháp điều chỉnh ảnh hưởng độ cong xói lịng dẫn khu vực MH GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CƠNG TRÌNH MỎ HÀN BỐ TRÍ TẠI CÁC ĐOẠN SƠNG CONG Đặc trưng dịng chảy đoạn sơng cong tồn dịng hồn lưu, cơng trình MH bố trí đoạn sơng cong chịu tác động dịng hồn lưu nên hố xói đầu mũi MH thường lớn so với đoạn 76 K 2,0÷2,25 1,5÷1,75 1,2÷1,5 1,5÷1,75 sơng thẳng Khi bố trí MH đoạn sơng cong bố trí MH theo phương bán kính cong (hình 6a) thân MH khơng thể đón dòng chảy theo phương ngang để đẩy xa bờ; dịng chảy phương ngang có phương trùng với trục mỏ hàn, tổng hợp với hoàn lưu trục ngang sau mỏ hàn, tạo kết cấu dòng chảy phức tạp cường độ rối động lớn, dẫn đến xói lở bờ xói lở đáy làm cho hố xói vừa sâu vừa rộng Nếu bố trí cánh hướng dịng theo phương vng góc với hướng dịng chảy (hình 6b) hạn chế ảnh hưởng hồn lưu sơng cong TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 19 - 2013 KHOA HỌC a) MH bố trí đoạn sơng cong chưa có CHD CƠNG NGHỆ b) MH bố trí đoạn sơng cong có CHD Hình MH bố trí đọan sơng cong phương án bố trí khác 3.1 Định nghĩa MH có CHD Trong + Kv : Hệ số biến đổi vận tốc; + Vi : Vận tốc mũi MH theo phương án nghiên cứu; + V0 : Vận tốc mũi MH chưa bố trí cánh hướng dịng Hình Mặt MH có CHD MH có CHD gồm phần: phần gốc, phần thân phần cánh, phần gốc (I) có nhiệm vụ giữ khơng cho dịng chảy phá bờ tập hậu vịng qua cơng trình; phần thân (II) dùng để dẫn dòng chủ lưu từ bờ phía ngồi tuyến chỉnh trị; phần cánh (III) bố trí để dẫn dịng chảy cách ly phần đường biên tiếp xúc nước vật chủ lưu, cắt đứt trao đổi dịng với phần khu nước vật (KNV), phần cánh tạo với thân góc β, dao động từ 900÷1500, MH có CHD thể hình 3.2 Xác định tham số hợp lý MH có CHD Hiệu MH có CHD đánh giá hệ số K v = Vi hệ số biến đổi vận tốc theo V0 Qua kết nghiên cứu [3] mơ hình tốn (MHT) mơ hình vật lý (MHVL) với phương án bố trí khác cho thấy hệ số biến đổi vận tốc (Kv) tham số bố trí cơng trình sau: - Về ảnh hưởng độ dài CHD Với yếu tố khác nhau, hệ số Kv giảm dần độ dài CHD khoảng Kl=0,4÷0,7 L ( K l = c , Lc: chiều dài CHD; Lt: chiều dài Lt thân MH) đạt cực tiểu Kl=0,65; sau tăng dần theo tăng chiều dài CHD, kết thể bảng - Về ảnh hưởng góc β Với yếu tố khác nhau, hệ số Kv giảm dần từ góc β=900÷1250 đạt cực tiểu góc β=1250, sau tăng dần theo tăng lên góc β (β góc hợp CHD thân MH), kết thể bảng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 19 - 2013 77 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Hệ số biến đổi vận tốc Kv MH có CHD ứng với phương án bố trí khơng gian khác TT Góc β (độ) 90 105 120 135 150 Độ dài cánh hướng dòng Kl=Lc/Lt 0,4 0,6 1,20 1,18 1,25 1,13 1,07 1,18 1,00 0,91 1,05 1,03 0,95 1,09 1,08 0,98 1,13 - Thông qua kết thu được, nhận thấy MH có cánh hướng dịng cho hiệu tốt chiều dài cánh hướng dòng 0,65 lần chiều dài thân MH góc hữu hiệu thân MH cánh hướng dòng khoảng 1250 3.3 Bố trí hệ thống MH có CHD đoạn sơng cong Đề xuất bố trí cơng trình MH có CHD đoạn sông Hồng (trên bờ lõm đoạn sông cong khu vực Tầm Xá) sau: - Mép ngồi đỉnh cánh hướng dịng MH đặt trùng với biên tuyến chỉnh trị - Chiều dài cánh hướng dòng lấy 0,65 lần chiều dài thân MH góc thân MH cánh hướng dòng khoảng 1250 - Khoảng cách MH lấy theo quy định MH khơng có cánh Đánh giá hiệu giải pháp đề xuất thơng qua thí nghiệm mơ hình vật lý [3], sau lắp thêm cánh hướng dòng, trạng thái chảy đoạn sông cải thiện rõ rệt (hình 8) Hình Lưu hướng dịng chảy mặt sau lắp cánh hướng dòng cho hệ thống MH Tầm Xá Vì có cánh hướng dịng, cách ly KẾT LUẬN Kết nghiên cứu cho thấy đoạn phần đường biên tiếp xúc nước vật chủ sông cong, giải pháp chỉnh trị cơng trình lưu, cắt đứt trao đổi dịng với MH nên bố trí có CHD cho hiệu tốt phần KNV, làm cho lưu tốc dịng chảy hạ lưu Cánh hướng dịng có lợi biến đổi MH giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho bồi lắng lưu tốc dòng chảy đầu mũi, cải thiện trạng thái ô ngăn MH, tăng ổn định công chảy đầu mũi, ổn định trường dịng chảy chủ trình phát huy hiệu MH chỉnh trị lưu giảm độ sâu hố xói cục đầu mũi MH đoạn sông cong TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Phương Hậu, Trần Đình Hợi (2004), Động lực học dịng sơng chỉnh trị sơng, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [2] Lương Phương Hậu, Nguyễn Thanh Hoàn, Nguyễn Thị Hảy Lý (2011), ChØ dẫn kỹ thuật công trình chỉnh trị sông; NXB Xây dùng, Hµ Néi [3] Nguyễn Kiên Quyết (2012), Nghiên cứu số giải pháp phịng chống sạt lở bờ sơng; Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng 78 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 19 - 2013 ... lịng dẫn khu vực MH GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CƠNG TRÌNH MỎ HÀN BỐ TRÍ TẠI CÁC ĐOẠN SƠNG CONG Đặc trưng dịng chảy đoạn sơng cong tồn dịng hồn lưu, cơng trình MH bố trí đoạn sơng cong chịu tác động... HỌC CÔNG NGHỆ a) thượng lưu mỏ hàn b) không gian mỏ hàn c) gốc mỏ hàn Hình Hình ảnh xói lở cụm mỏ hàn Tầm Xá sông Hồng (2012) CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH CHỈNH TRỊ TRONG CÁC ĐOẠN... trí MH theo kết Amad thể bảng (hệ số K phản ánh mức độ xói MH bố trí đoạn sơng cong so với MH bố trí đoạn sơng thắng) 2.2 Xói cục MH đoạn sơng cong [2], [3] Copeland tiến hành nghiên cứu MH bố