Đập vòm tràn nước Nậm Chiến là công trình có dạng vòm cao đầu tiên được xây dựng ở nước ta. Công trình do Viện Thủy công Ukraine thiết kế. Hiện nay các kỹ sư Việt Nam còn chưa có kinh nghiệm và một phần còn chưa làm chủ được các chương trình tính toán thiết kế.
Khi xả lũ, dòng chảy qua ngưỡng tràn sẽ có lưu tốc tăng dần từ ngưỡng tràn đến mũi phun, lưu tốc cao hiện tượng khí thực sẽ xâm thực bề mặt bê tông gây xói mặt tràn, áp lực thủy động và mạch động lớn gây ra chấn động công trình. Chênh cao giữa mũi phun và dòng chảy hạ lưu là 103m sẽ tạo dòng phun xuống hạ lưu với động năng và thế năng lớn gây bất lợi cho chân công trình. Vì vậy, việc xác định chính xác các đặc tính thủy lực, các thông số dòng chảy trên mặt tràn, qua đó xác định được phạm vi ảnh hưởng của dòng phun, chế độ dòng phun, xác định được phạm vi hố xói là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định và an toàn công trình đầu mối.
Là một công trình lớn, phức tạp nên các thông số tính toán cần phải được kết hợp với các số liệu thí nghiệm mô hình để có thể đảm bảo các thông số thiết kế đưa ra là chính xác, phù hợp nhất.
3.3.Các giải pháp tiêu năng và nối tiếp dòng chảy sau đập vòm tràn nước Nậm Chiến Nậm Chiến
3.3.1. Các giải pháp tiêu năng dòng phóng xa
Dòng phun xuống hạ lưu có lưu tốc cao, năng lượng dòng chảy là rất lớn. Các biện pháp tiêu năng dòng chảy cần đảm bảo 2 yếu tố chính:
- Năng lượng dòng phun được tiêu hao lớn nhất, thông qua quá trình khuếch tán của dòng chảy trong không khí, cấu tạo của mũi phun giúp các dòng phun va chạm với nhau trong không khí, đảm bảo năng lượng của dòng
phun xuống hạ lưu có năng lượng nhỏ nhất, hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực tới hạ lưu đập.
- Điều khiển dòng phun sao cho năng lượng dòng chảy được tiêu hao nhiều nhất, nhưng cũng phải đảm bảo các tia dòng đổ xuống hạ lưu trong phạm vi hố xói định sẵn, không làm ảnh hưởng tới hai bên bờ sông hạ lưu.
Các phương án tiêu năng dòng phóng xa: Đề nghị các phương án như sau:
- Phương án 1: Kết cấu mũi phun xả dòng xuống hạ lưu được thực hiện theo hình thức xả trực tiếp qua mũi phóng của kết cấu liên hợp, được thực hiện ở dạng mũi phóng hình trụ lượn theo bán kính R = 6.5m và các dầm conson – các mố tản dòng có đầu cuối là các mũi phóng có hướng tạo với phương nằm ngang một góc 28.16o
.
- Phương án 2: Kết cấu mũi phun xả dòng xuống hạ lưu được thực hiện theo hình thức xả trực tiếp qua mũi phóng của kết cấu liên hợp. Ba khoang giữa tràn có cùng cao trình mũi phun, hai khoang biên cao trình mũi phun được nâng lên +2m so với ba khoang giữa. Đồng thời hai khoang tràn biên được thiết kế xoay một góc 10o trên mặt bằng so với trục đập, mũi phun hướng vào phía trục đập, dòng phun của hai khoang tràn biên sẽ chụm hướng vào trục đập.
- Phương án 3: Kết cấu tương tự như của phương án 1, tuy nhiên các dầm conson – các mố tản dòng có đầu cuối là các mũi phóng có cấu tạo xen kẽ giữa các mũi có phương nằm ngang 30o và các mũi có phương nằm ngang 25o.
3.3.2. Giải pháp nối tiếp dòng chảy sau đập vòm Nậm Chiến
Đập vòm tràn nước Nậm Chiến sử dụng biện pháp tiêu năng bằng mũi phun. Các phương án nối tiếp dòng chảy và gia cố hạ lưu đập có thể áp dụng:
- Phương án 1: Dòng phun được xả trực tiếp xuống lòng suối tự nhiên, gia cố đáy và hai bên sườn dốc vùng tiếp giáp với đập bằng bê tông cốt thép.
- Phương án 2: Xây dựng ở hạ lưu đập bể tiêu năng kiểu rãnh bằng cách tạo hố xói ở lòng suối và gia cố bằng các tấm bê tông cốt thép có neo anke.
- Phương án 3: Xây dựng ở hạ lưu bể tiêu năng không gia cố, bằng cách xây đập nhỏ dâng nước kiểu bê tông trọng lực chắn nước ở lòng suối.
3.3.3. Các thông số tính toán
Đập vòm Nậm Chiến có đập tràn dạng vòm, mặt cắt đập tràn thực dụng không chân không Krier – Ofixerov y = 0.1478832x1.8, cao độ ngưỡng 945.00m, cột nước thiết kế mặt cắt đập Htk = 4.3m, gồm 5 khoang, mỗi khoang rộng b = 16.0m.
Kết cấu mũi phun xả dòng xuống hạ lưu được thực hiện theo hình thức xả trực tiếp qua mũi phóng của kết cấu liên hợp, được thực hiện ở dạng mũi phóng hình trụ lượn theo bán kính R = 6.5m và các dầm conson – các mố tản dòng có đầu cuối là các mũi phóng có hướng tạo với phương nằm ngang một góc 28.16o.
Các số liệu ban đầu:
Cao độ ngưỡng tràn Zngtr = 945.00m
Chiều rộng thông thủy của ngưỡng tràn Σb = 5x16 = 80m
Cột nước mặt cắt thiết kế Htk = 4.3m Chiều cao đập tràn ở TL CB = 98.0 (127.0)m Phương trình xác định đường mặt tràn y = 0.1478832x1.8 Bán kính cong ở mặt bằng Ở đỉnh đập tràn Rr = 109.298m Mặt đầu ra mũi phóng R = 90.00m
Chiều rộng ở đường dốc xuống từ mũi phóng:
Theo cung L = 72.46m
Theo dây cung Bx = 70.52m
Góc giữa của cung đường dốc từ mũi phóng θ = 46.1311o Chiều rộng gờ đầu vào của trụ pin δ = 2.0m Bán kính cung gờ đầu vào của trụ pin r = 2.0m
Hệ số hình dạng mặt cắt tràn σΦ = 1.0
Lưu lượng xả lũ thiết kế Q0.1% = 1931.9 m3/s
Lưu lượng xả lũ kiểm tra Q0.02% = 2456.7 m3/s
Sơ đồ bố trí đập tràn công trình thủy điện Nậm Chiến Sơn La được thể hiện như Hình 3.5.
Hình 3.6 Chính diện đập nhìn từ phía hạ lưu
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí đập tràn Nậm Chiến