I. Tài liệu cơ bản công trình
1.Qua nghiên cứu nhiều mô hình thí nghiệm xói nền chúng tôi đã rút ra một số nguyên tắc chung sau:
một số nguyên tắc chung sau:
+ Khái quát hoá chứ không cần phục chế một cách phức tạp hiện t−ợng tự nhiên, giản hoá các hiện t−ợng của nguyên hình nh−ng phải thể hiện đ−ợc đặc tính, bản chất của các lớp địa tầng, đây là một nhân tố quan trọng để tạo sự phá hoại hay xói lở gần với thực tế.
+ Mô hình đ−ợc mô phỏng t−ơng đối đầy đủ các tham số để thể hiện mặt phức tạp không liên tục của nguyên hình, về tính biến dạng lực học của khối nham thạch, dựa vào nguyên tắc này sẽ có đ−ợc hệ số v−ợt tải ổn định của nền đá.
+ Mô phỏng điều kiện địa chất của mô hình là phải rõ ràng, do đó qua b−ớc giản hoá không thể cho rằng mô phỏng càng phức tạp thì càng có thể giải quyết vấn đề mà phải qua thí nghiệm và phân tích nghiên cứu để giải quyết đ−ợc mục đích chính của vấn đề, mà không nên phân biệt chính thứ đối với hiện t−ợng tự nhiên để tái tạo thì có khi cho kết quả thí nghiệm ng−ợc lại.
2. Cấu tạo địa chất các lớp nham thạch của các công trình ở các vùng cũng khác nhau nh−ng có thể quy thành 4 loại: khác nhau nh−ng có thể quy thành 4 loại:
+ Loại nền đá khó xói: có cấu tạo dạng khối lớn, khe nứt không phát triển, đá rắn chắc: nh− đá hoa c−ơng, đá granít (đá loại I).
+ Loại nền đá hơi khó xói: Cấu tạo dạng tảng to, khe nứt phát triển, nhiều chỗ còn rắn chắc, ít chỗ khe nứt có chất nhét nh− đá vôi, poócfiarit điabaze (loại II)
+ Loại nền đá dễ xói: cấu tạo dạng tảng vỡ, khe nứt phát triển và rõ ràng, một phần có chất nhét nh− sa thạch, đá vôi bị phong hoá (loại III).
+ Loại nền đá rất dễ xói: cấu tạo dạng phiến hoặc tảng vỡ, khe nứt phát triển mạnh, khe nứt lớn to đến 1∼2 cm có đất cát nhét vào khe: nh− đá gan gà, sa thạch, phấn hồng (loại IV).
3. Trong thực tế khi giải quyết mô phỏng t−ơng tự đối với các loại nền đá thứ t− (loại IV) có thể dùng vật liệu rời có kích th−ớc t−ơng đ−ơng với nguyên dạng t− (loại IV) có thể dùng vật liệu rời có kích th−ớc t−ơng đ−ơng với nguyên dạng của đá cộng thêm 30∼35% cát để giảm bớt hệ số khe rỗng là sẽ cho kết quả thí nghiệm gần sát với thực tế. Để tăng thêm độ tin cậy nên dùng hai loại kích th−ớc hạt có giới hạn trên và giới hạn d−ới để thí nghiệm so sánh kết quả.
4. Đối với loại nền đá thứ II nên dùng tổ hợp vật liệu có chất dính kết để tái tạo song nên mô phỏng theo phân lớp, phân tầng của nền địa chất nguyên dạng tạo song nên mô phỏng theo phân lớp, phân tầng của nền địa chất nguyên dạng bằng ph−ơng pháp cắt phân lớp và dùng bột sét thay thạch cao.
5. Đối với loại nền đá thứ I nên đúc viên đảm bảo dung trọng và theo kích th−ớc mô phỏng các tảng nguyên dạng và đúng dung dịch của chất dính kết và th−ớc mô phỏng các tảng nguyên dạng và đúng dung dịch của chất dính kết và xếp theo ph−ơng của cấu tạo nham thạch.
Với kinh nghiệm và các ph−ơng pháp đã nêu trên đây chúng tôi đã nghiên cứu thành công và sát với tình hình xói thực tế của các công trình đã xảy ra theo tần suất lũ thực tế xuất hiện và đã đ−ợc kiểm nghiệm đối chiếu với kết quả trên mô hình.
Ch−ơng iv
Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập xây dựng dở
Điv.1. mở đầu
I. Khái quát
Từ năm 1960 đến nay, đập bản mặt bê tông đầm lăn hay đá đổ … với công nghệ thi công có những cải tiến lớn. Vì thân đập lún biến dạng nhỏ; nên dùng đập bê tông bản mặt loại cao xả lũ thi công tràn qua trở nên phổ biến ở thực tế. Năm 1991 ở úc xây dựng đập bản mặt tràn n−ớc đầu tiên Crotty, mở ra sự phát triển dạng đập bản mặt tràn n−ớc trên thế giới. ở Trung Quốc các đập bản mặt tràn n−ớc Bảo Nhỉ Đức thuộc khu tự trị Tân C−ơng và đập bản mặt tràn n−ớc Đại Thúc Khôn ở Triết Giang có quy mô nh− đập Crotty cũng đã đ−ợc xây dựng, ngoài ra còn các đập Liên Hoa, Tân Hoa, Thiên Sinh Kiều … đang xây dựng. Nh−ng với đập càng cao và đầu n−ớc tràn lớn thì vấn đề ổn định của công trình càng trở lên phức tạp. Vì đập bản mặt tràn n−ớc chịu tác dụng của dòng tràn, dòng thấm, thân đập lún biến dạng .v.v. Do đó th−ờng thông qua thí nghiệm để chọn kết cấu gia cố hợp lý.
Tóm lại, nếu theo ph−ơng pháp dẫn dòng thi công truyền thống thì vào mùa lũ phải xây dựng công trình dẫn dòng tốn kém (vì cống hay tuy nen dẫn dòng sau khi kết thúc dẫn dòng thì phải bịt lại).
Dùng ph−ơng pháp cho tràn qua đập đắp dở và tuy nen dẫn dòng (chủ yếu cho mùa kiệt) sẽ giảm kinh phí nhiều, tiến độ thi công không căng thẳng, đảm bảo cả kinh tế kỹ thuật. Vì vậy, các n−ớc đã ứng dụng nhiều và n−ớc ta b−ớc đầu áp dụng cho một số công trình, nh−: thủy điện Tuyên Quang, hồ chứa n−ớc Cửa Đạt, thủy điện Bản Chát …
II. Các hình thức bảo vệ mặt đập bản mặt khi xả lũ thi công qua đập 1. Đập bê tông đầm lăn 1. Đập bê tông đầm lăn
Đối với đập bê tông đầm lăn thì nếu bê tông đã đủ c−ờng độ thì không cần bảo vệ mặt đập mà cho n−ớc tràn qua với bề rộng đoạn chừa lại đảm bảo vận tốc dòng chảy nhỏ hơn vận tốc xói cho phép của bê tông: V<[V].
2. Đập đá đổ đắp dở
2.1. Bảo vệ mặt đập bằng bê tông cốt thép
Bảo vệ mặt đập đá đổ đắp dở bằng bê tông cốt thép thì an toàn nh−ng tốn kém. Đập Tuyên Quang lớp bê tông cốt thép bảo vệ dày tới 1.0m.
2.2. Bảo vệ mặt đập bằng rọ đá
Bảo vệ mặt đập đá đổ đắp dở bằng rọ đá ở Trung Quốc đã áp dụng cho nhiều công trình, d−ới đây xin nêu một số ví dụ:
a. Thủy điện Thiên Sinh Kiều
+ Sơ l−ợc về công trình
Công trình này là bậc thang thủy điện cấp I trên sông Hồng; chiều cao đập bản mặt là 178m, chiều dài đỉnh đập 1168m, khối l−ợng đắp đập là18.750.000m3, tổng dung tích hồ là 10.26tỷ m3, công suất lắp máy là 1200MW (4*300MW), công trình cấp I loại lớn.
+ Lựa chọn ph−ơng án dẫn dòng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ph−ơng án 1: Dẫn dòng đập đá đổ cấp I Thiên Sinh Kiều đã nghiên cứu ph−ơng án giữ đê quai cả năm chắn n−ớc, tiêu chuẩn chống lũ thời kỳ thi công giai đoạn đầu theo tần suất lũ 30 năm xuất hiện một lần với l−ợng lũ tính toán là 10.800m3/s. Ph−ơng án này phải bố trí 3 tuy nen dẫn dòng (mặt cắt là 13.5m*13.5m theo hình móng ngựa). Đê quai ngăn n−ớc th−ợng l−u cao tới 60m ( khối l−ợng đắp đến 2.100.000m3) hơn nữa xử lý nền móng khó khăn, yêu cầu sau khi lấp sông một mùa khô thì phải đắp xong, tiến độ thi công khó khăn nên loại bỏ.
- Ph−ơng án chọn
Năm đầu xả l−u l−ợng thi công qua 2 tuy nen dẫn dòng (13.5*13.5m) và tích n−ớc trong hồ (do đê quai th−ợng và hạ l−u ngăn n−ớc); Q=1670m3/s.
Mùa lũ năm thứ 2 và 3 xả l−u l−ợng thi công qua 2 tuy nen dẫn dòng và đoạn đập đắp dở (B=300m), mùa khô xả qua 2 tuy nen; Q=10.800m3/s.
Kết cấu gia cố đê quai th−ợng, đê quai hạ l−u và đoạn đập chính chừa lại 300m nêu ở các hình 4.1, 4.2 và 4.3.
(6)1:1 1:1 (4) (8) (9) Vùng II (5) 651.0 (7) (8) Vùng I 647.0 (10) (4) 645 (2) (1) (3)
Hình 4.1. Kết cấu đê quai th−ợng l−u Ghi chú:
(1) Tấm bê tông hình nêm dày 90cm (2) Đá lát khan dày 80cm (3) Đá nhỏ dày 40cm (4) Rọ đá (5) Tâm đất sét (6) Tầng cát sỏi (7) Bản t−ờng màng chống thấm phun cao áp (8)Tầng lọc (9) Đê tr−ớc (10) Đê sau (1) 1:1,5 Vùng II (3) (5) 646.20 (2) 1:2 Vùng I (4) (6) (7) (2( 643.0 (8) 1:1,5 640.0
Hình 4.2. Kết cấu đê quai hạ l−u Ghi chú: (Đơn vị: Cao trình là m; các hạng mục khac là mm)
(1) Đê tr−ớc (2) Lớp lọc (3) Đất sét vùng I (4) Đất sét vùng II (5) T−ờng chống thấm (6) Đê sau (7) Đất sét bùn (8) Mặt bê tông
(3) 624 (2) (1) (8) (7) (6) (5) (4) 642 (6) 630
Hình 4.3. Sơ đồ mặt cắt dọc bảo vệ đập xây dở tràn n−ớc Ghi chú:
(1) Dòng chảy
(2) Vùng ximăng bảo vệ mái (3) Rọ thép (4) L−ới thép (5) Đáy liên kết cốt thép (6) Đổ đá hộc (7) Vật liệu đắp thân đập (8) Đá bảo vệ mái hạ l−u (1 ) 635 .0 6 6 0 .0 6 42.0 6 6 2 .5 6 30.0 S ô n g (2 ) 6 5 3 .0 Hình 4.4. Mặt bằng bảo vệ đập đá đổ tràn n−ớc
662.5 658.0 641.0 642.2 (6) (4) (3) (5) (7) (8)
Hình 4.5. Sơ đồ mặt cắt ngang bảo vệ tràn n−ớc Ghi chú hình 4.4 và 4.5:
(1). L−ới thép bảo vệ (2). Đ−ờng đi
(3). Đá xây khan bảo vệ mái
(4). L−ới thép (5). Đá thân đập (6). Cốt thép đè chân (7). Thép néo chôn sẵn (8). Đổ đá hộc Kết quả xả lũ thực tế
Mùa lũ năm 1995 mặt đập tràn n−ớc 11 lần, theo thống kê thời gian xả lũ là 1848giờ, l−u l−ợng đến lớn nhất của sông là 4750m3/s, tháo qua lòng sông là 3430m3/s, l−u tốc bình quân là 13.72m/s. Tuy nen dẫn dòng số 2 xả là 1320m3/s.
Mùa lũ năm 1996 mặt đập tràn n−ớc xả lũ 4 lần, theo thống kê thời gian tháo lũ là 348giờ, l−u l−ợng đến lớn nhất của sông là 3790m3/s, mặt đập tháo lũ là 1290m3/s, l−u tốc bình quân là 10.32m/s. Tuy nen dẫn dòng số 1 và số 2 tháo là 2500m3/s.
Qua các mùa lũ lớn, đoạn đập đắp dở vẫn an toàn.
b. Đập Tân Hoa
+ Sơ l−ợc về công trình
Hồ chứa n−ớc Tân Hoa đ−ợc xây dựng ở th−ợng l−u sông Quan Thôn thuộc nhánh sông Ng− Hà trên địa phận thôn Phát Đông xã Tân Vân huyện Hội Đông tỉnh Tứ Xuyên.
+ Lựa chọn ph−ơng án dẫn dòng - Ph−ơng án 1:
dự định ngăn sông mùa kiệt, đê quai ngăn n−ớc, đào kênh và tuy nen dẫn dòng xả lũ, mùa lũ đập tạm thời ngăn n−ớc v−ợt lũ, xả lũ dẫn dòng thi công qua tuy nen. Trong quá trình thi công do không đáp ứng tiến độ và c−ờng độ thi công căng thẳng nên cuối cùng lại dùng một phần đập ngăn n−ớc chừa lại và tuy nen dẫn dòng tháo lũ.
- Ph−ơng án chọn:
Mô tả mặt cắt ngang đoạn đập chừa lại xả lũ thi công ở hình 4.6.
6180 1800 1500(1) (2) (4) (6) (1) (2) (4) (6) (5) (7) (3) (8) 1928 1915 Hình 4.6. Mặt cắt ngang đập chính tràn n−ớc xả lũ Ghi chú: (1) Đê quai (2) Khối đá nén (3) Rãnh đổ bê tông (4) Màng composit (5) Đá lát khan (6) Đá đắp đập (7) Rọ thép bỏ đá (8) Lớp bê tông đệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả tính đ−ờng kính đá quy đổi bảo vệ mặt và l−u tốc tràn qua mặt đập khác nhau nh− bảng 4.1.
Bảng 4.1. Quan hệ V~d của mặt đập đắp dở Tân Hoa V (m/s) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 d (m) 0.02 0.09 0.20 0.35 0.55 0.80 G (kg) 0.8 16.5 82 250 617 1307
Xét khối đá đổ là một phần thân đập trên mặt tràn n−ớc, dùng đá có đ−ờng kính lớn hơn 40cm để lát phủ tăng c−ờng tính ổn định khi tràn n−ớc.
dày chân bảo vệ mái là 200cm, đỉnh mái là 150cm, làm thành ba bậc để tiện cho tiêu năng, khối l−ợng rọ đá là 3500m3. Giữa rọ đá và mặt cắt kinh tế của bản thân đập đá đổ chọn dùng vải địa kỹ thuật không dệt 200g/m2 làm lớp lọc ng−ợc để phòng ngừa vật liệu hạt nhỏ trong đá đổ của thân đập chảy ra.
Công trình đã hoàn toàn ổn định khi xả lũ thi công năm 2002.
C. Thủy điện Liên Hoa
Công trình thủy điện Liên Hoa thuộc tỉnh Cát Lâm - Trung Quốc. + Ph−ơng án dẫn dòng
L−u l−ợng lũ là 8070m3/s. Biện pháp tháo lũ là xả qua hai tuy nen dẫn dòng kết hợp với đoạn đập đắp dở. Theo tiến độ thi công thực của công trình thủy điện Liên Hoa, trên nguyên tắc cố gắng tiết kiệm kinh phí bảo vệ đ−ờng tràn dẫn lũ đã tiến hành nghiên cứu so chọn các ph−ơng án đáy đoạn đập đắp dở là: 150, 200, 250, 300m. Ngoài tính toán về thủy lực ra còn tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực tổng thể công trình và mô hình mặt cắt khi dẫn qua đoạn đập đắp dở.
Qua bảng tổng hợp phân tích so sánh xác định ph−ơng án xả lũ qua đoạn đập đắp dở là: chiều rộng đáy dài 250m, cao trình đáy là ∇173.0m, hai bên bờ có mái là1:1.5. Thời đoạn lũ lớn sử dụng hai tuy nen xả lũ kết hợp với đoạn đập đắp dở đã đ−ợc bảo vệ để tháo lũ. Xác định các thông số thủy lực nêu ở bảng 4.2.
Bảng 4.2: Các thông số thủy lực xả lũ L−u l−ợng Chiều rộng Tham số tính toán thủy lực
Tham số thủy lực theo thí nghiệm
(m3/s) chỗ chừa (m) L−u tốc mặt đập (m/s) L−u tốc ở mái đập hạ l−u (m/s) Độ sâu dòng chảy ở mái đập hạ l−u (m) L−u tốc mặt đập (m/s) L−u tốc ở mái đập hạ l−u (m/s) Độ sâu ở mái đập hạ l−u (m) 8070 250 3.3ữ7.65 18.52 1.074 2.15ữ7.85 10.27ữ15.03 1.45ữ2.33
Hình 4.7. Sơ đồ mặt cắt biện pháp bảo vệ đ−ờng tràn n−ớc qua thân đập Ghi chú: (1). Vữa xi cát (2). Lớp quá độ (3). Tầng đệm (4). Khu đá đổ (5). Tim đập (6). Đá bảo vệ mặt (7). Bê tông M100 (8). Thép néo (9). Thép φ25 (10). Rọ đá III. Kết luận
Do ph−ơng pháp xả lũ dẫn dòng thi công qua đập xây dở và tuy nen có nhiều
−u điểm, nên chúng tôi đã học tập kinh nghiệm của Trung Quốc; trong khuôn khổ đề tài nghị định th− hợp tác với Viện thủy lợi Nam Kinh, xin nêu vài ví dụ ứng dụng cho thiết kế, xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện ở n−ớc ta.
Điv.2. ứng dụng xả lũ thi công qua đập xây dựng dở ở việt nam