BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐINH MAI HIỀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐINH MAI HIỀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN : Xây dựng cơng trình thủy : 60-58-40 Chun Ngành Mã Số LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :GSTS NGƠ TRÍ VIỀNG :TS HỒNG MINH DŨNG HÀ NỘI 2011 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy LỜI CẢM ƠN Luận văn cố gắng, nỗ lực thân với giúp đỡ thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp người thân Qua xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu vừa qua Tơi xin bày tỏ lòng kính trọng cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Ngơ Trí Viềng TS Hồng Minh Dũng tận tình hướng dẫn truyền đạt cho tri thức khoa học q giá để tơi hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Phòng đào tạo Đại học sau đại học Bộ môn thủy công Trường Đại học Thủy lợi giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc học tập nghiên cứu khoa học thời gian học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Tư vấn giám định, Công ty Tư vấn 13 - Chi nhánh Tổng công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt Nam - CTCP nơi công tác giúp đỡ, tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Tơi xin tỏ lòng cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp khích lệ, động viên thực đề tài TÁC GIẢ ĐINH MAI HIỀN Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 10 V BỐ CỤC LUẬN VĂN 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 11 1.1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 11 1.1.1 Lợi ích việc xây dựng hồ chứa 12 1.1.2 Tác động môi trường 12 1.1.3 Các giải pháp bảo vệ hạ lưu cơng trình 13 1.2 MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI LỞ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH Ở NƯỚC TA 17 1.2.1 Vấn đề bảo vệ hạ lưu chưa quan tâm mức 18 1.2.2 Điều kiện địa hình địa chất hạ lưu biến đổi phức tạp, bất lợi 18 1.2.3 Tiết kiệm chi phí xây dựng cơng trình 18 1.2.4 Chất lượng thi công chưa mong muốn thiết kế 19 1.2.5 Chế độ điều tiết vận hành xả lũ chưa hợp lý 19 1.2.6 Tình hình xói lở hạ lưu số cơng trình 20 1.3 NHẬN XÉT 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH 24 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA DỊNG CHẢY HẠ LƯU CƠNG TRÌNH TIÊU NĂNG ĐẾN XĨI LỞ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH 24 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DỊNG CHẢY HẠ LƯU CƠNG TRÌNH 25 2.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ CƠNG CỤ TÍNH TỐN 25 2.3.1 Lựa chọn phương pháp tính tốn dòng chảy hạ lưu cơng trình tiêu năng25 2.3.2 Thí nghiệm mơ hình thủy lực 26 2.3.2.1 Các chế độ lưu lượng 27 2.3.2.2 Các trường hợp nghiên cứu thí nghiệm 27 2.3.2.3 Các thông số đo đạc, đánh giá thí nghiệm 28 2.3.2.4 u cầu mơ hình thủy lực 28 2.3.3 Lựa chọn kết cấu bảo vệ 30 2.3.3.1 Tác động sóng, dòng chảy lên kè 31 2.3.3.2 Tải trọng tác động lên kè sóng 34 2.3.3.3 Tải trọng tác động lên kè dòng chảy 34 2.3.3.4 Tác động đất 35 2.4 NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TỐN 43 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH CỬA ĐẠT44 3.1 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH 44 3.1.1 Vị trí địa lý 44 3.1.2 Nhiệm vụ 44 3.1.3 Cấp cơng trình, tiêu thiết kế 45 3.1.4 Quy mơ, kết cấu cơng trình 45 3.2 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TỐN 48 3.2.1 Yêu cầu, phạm vi vùng nghiên cứu, cấp cơng trình, tiêu thiết kế 48 3.2.1.1 Yêu cầu 48 3.2.1.2 Phạm vi vùng nghiên cứu 49 3.2.1.3 Cấp cơng trình tiêu thiết kế 49 3.2.2 Yêu cầu, kết thí nghiệm mơ hình thủy lực 50 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 3.2.2.1 u cầu cơng tác thí nghiệm mơ hình thủy lực 50 3.2.2.2 Xây dựng mơ hình thủy lực 51 3.2.2.3 Kết thí nghiệm mơ hình thủy lực 58 3.2.2.4 Nhận xét kết thí nghiệm mơ hình thủy lực 66 3.2.3 Địa hình, địa mạo 68 3.2.4 Địa chất cơng trình 69 3.3 TÍNH TỐN, LỰA CHỌN KẾT CẤU BẢO VỆ CƠNG TRÌNH 69 3.3.1 Lựa chọn hình thức, kết cấu bảo vệ hạ lưu cơng trình 69 3.3.1.1 Lựa chọn hình thức bảo vệ hạ lưu cơng trình 69 3.3.1.2 Kết cấu, tuyến kè 70 3.3.2 Tính tốn lớp gia cố bảo vệ 71 3.3.2.1 Phương pháp, kết tính tốn 73 3.3.2.2 Biện pháp gia cố 77 3.4 NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 I NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 85 II TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật chủ yếu cơng trình Cửa Đạt 46 Bảng 3.2: Chế độ lưu lượng thí nghiệm mơ hình 52 Bảng 3.3: Mực nước trung bình đoạn sơng gần cầu phương án mở cửa 59 Bảng 3.4: Trị số lưu tốc phương án mở cửa 59 Bảng 3.5: Trị số mạch động lưu tốc mặt cắt phương án mở cửa 60 Bảng 3.6: Trị số biên độ dao động sóng phương án mở cửa 60 Bảng 3.7: Mực nước trung bình đoạn sơng gần cầu phương án mở lệch phải 61 Bảng 3.8: Trị số lưu tốc đáy phương án mở lệch phải 61 Bảng 3.9: Trị số mạch động lưu tốc mặt cắt phương án mở lệch phải 62 Bảng 3.10: Trị số biên độ dao động sóng phương án mở lệch phải 62 Bảng 3.11: Trị số mực nước trung bình đoạn sông gần cầu phương án mở lệch trái63 Bảng 3.12: Trị số lưu tốc đáy phương án mở lệch trái 63 Bảng 3.13: Trị số mạch động lưu tốc mặt cắt phương án mở lệch trái 64 Bảng 3.14: Trị số biên độ dao động sóng phương án mở lệch trái 64 Bảng 3.14: Lựa chọn trị số lưu tốc dòng chảy chiều cao sóng để tính tốn 72 Bảng 3.15: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo cơng thức (3-4) 74 Bảng 3.16: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-5) 74 Bảng 3.17: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-6) 75 Bảng 3.18: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-8) 76 Bảng 3.19: Kết tính tốn chiều dày bê tơng gia cố d b Khu Vực 77 R Học viên: Đinh Mai Hiền R Lớp: Cao học 16C2 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ Hình1.1: Toàn cảnh kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Thiên sinh kiều - Trung Quốc 14 Hình1.2: Tồn cảnh kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Tuyên Quang 14 Hình1.3: Mặt kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Hòa Bình 15 Hình1.4: Cắt ngang kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Hòa Bình 15 Hình1.5: Kè bảo vệ bờ phải hạ lưu thủy điện Hòa Bình thi cơng 16 Hình1.6: Mặt kè bảo vệ hạ lưu hồ chứa nước Nước Trong 16 Hình1.7: Cắt ngang kè bờ trái bảo vệ hạ lưu hồ chứa nước Nước Trong 17 Hình 2.1: Tiến trình áp lực cấu trúc mái kè 32 Hình 2.2: Áp lực sóng tác động mái kè 32 Hình 2.3: Biểu thị áp lực khe hở đất sóng tác dụng 35 Hình 2.4: Sạt trượt cục mái kè (kè cát) 36 Hình 2.5a: Biểu đồ thiết kế trượt đất 38 Hình 2.5b: Biểu đồ thiết kế trượt đất 38 Hình 2.6a: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế đẩy nâng lớp bề mặt kè 39 Hình 2.6b: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế đẩy nâng lớp bề mặt kè 39 Hình 2.7a: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế sạt cục lớp mặt kè 40 Hình 2.7b: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế sạt cục lớp mặt kè 40 Hình 2.8a: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế trượt lớp mặt kè 41 Hình 2.8b: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế trượt lớp mặt kè 41 Hình 3.1: Tồn cảnh mơ hình thí nghiệm sau hồn thành 54 Hình 3.2: Mơ hình khu vực hạ lưu phương án trạng 55 Hình 3.3: Mơ hình khu vực hạ lưu phương án 55 Hình 3.4: Mơ hình khu vực hạ lưu phương án 56 Hình 3.5: Mơ hình khu vực hạ lưu phương án 56 Hình 3.6: Mơ hình khu vực hạ lưu phương án 57 Hình 3.7: Dòng chảy hạ lưu cơng trình mơ hình thí nghiệm ứng với lưu lượng thiết kế bảo vệ hạ lưu Q = 3400 m3/s 57 P Học viên: Đinh Mai Hiền P Lớp: Cao học 16C2 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Hình 3.8: Mặt cắt điểm đo mơ hình 58 Hình 3.9: Phân bố lưu tốc chảy hạ lưu cơng trình mơ hình thí nghiệm ứng với lưu lượng thiết kế bảo vệ hạ lưu Q = 3400 m3/s 65 P P Hình 3.10: Mặt bố trí chung kè bảo vệ hạ lưu cơng trình Cửa Đạt 78 Hình 3.11: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực 80 Hình 3.12: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực 83 Hình 3.13: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực 83 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 75 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Trong đó: d bt : chiều dày bê tông, m R R h S : chiều cao sóng, h S = 1.6m R R R R γ bt : Trọng lượng riêng bê tông, γ bt = 2.4T/m3 R R R R P γ n : Trọng lượng riêng nước, γ n = 1.0T/m3 R R R R P m : hệ số mái dốc, m = 2.0 B : chiều rộng bê tông, chọn B = 2m L : chiều dài bê tơng theo chiều vng góc với đường bờ, L = 2m η : hệ số ổn định cho phép, η = 1.5 Kết tính tốn chiều dày bê tông bảo vệ d = 0,17m Bảng 3.15: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo cơng thức (3-4) hS, m η γ b , T/m3 m L, m B, m d bt , m 1.6 1.5 2.4 2.5 2 0.17 R R R R P R R + Tính tốn theo cơng thức I.M Lupinxki Chiều dày Tấm BTCT gia cố tính tốn theo hệ thức (2-95) [2]: √𝑚𝑚 +1 0,11.ℎ 𝑠𝑠 (𝛾𝛾 𝑏𝑏𝑏𝑏 −𝛾𝛾𝑛𝑛 ).√𝐵𝐵 𝑚𝑚 d bt = η R R Trong đó: (3-5) d bt : chiều dày bê tông, m R R : hệ số ổn định cho phép, η = 1.5 η h s : chiều cao sóng, h = 1.6m R R γ b : Trọng lượng riêng bê tông, γ b = 2.4T/m3 R R R R P γ n : Trọng lượng riêng nước, γ = 1.0T/m3 R R P m : hệ số mái dốc, m = 2.0 B : chiều rộng bê tông, chọn B = 2m Kết tính tốn chiều dày bê tơng bảo vệ d = 0,15m Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 76 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Bảng 3.16: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo cơng thức (3-5) h γ b , T/m3 γ n , T/m3 h, m B, m m d bt , m 1.5 2.4 1.6 2.5 0.15 R R R R P R R R R P R R + Theo tác động sóng, kết cấu gia cố bê tông kè phải đáp ứng hệ thức (2-3b) [7] 𝐻𝐻𝑠𝑠 ∆.𝑑𝑑 𝑏𝑏𝑏𝑏 → d bt = R R Trong đó: = F ξ op -2/3 (3-6) 𝐻𝐻𝑠𝑠 (3-7) R ∆.𝐹𝐹 RP P ξ op 2/3 R RP P H s : chiều cao sóng làm kết cấu bảo vệ bị đẩy ra, H s = 1,6 m R R R R : tỉ trọng đẩy vật liệu gia cố ∆ ∆= 𝜌𝜌 𝑏𝑏𝑏𝑏 − 𝜌𝜌 𝑛𝑛 𝜌𝜌 𝑛𝑛 = 2,4 − 1 = 1,4 d bt : chiều dầy lớp bê tông bảo vệ bảo vệ (m) R R : Thông số ổn định tổng thể, bê tông đặt lớp lọc F thi công tốt, F = ξ op : thơng số sóng vỡ R ξ op = R R R 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 (3-8) 𝐻𝐻 𝑠𝑠 �𝐿𝐿 𝑜𝑜𝑜𝑜 α : góc mái dốc so với phương ngang, kè có m = 2,0 → α = 26o34’ P L op : Chiều dài sóng nước sâu thời điểm đỉnh (m) L op = R R R T p : chu kỳ sóng trung bình, T p = s R R R R R 𝑔𝑔 2𝜋𝜋 Kết tính tốn chiều dày bê tơng bảo vệ d = 0,36m P 𝑇𝑇𝑝𝑝2 Bảng 3.17: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo cơng thức (3-7) d bt , m R R 0,36 Hs, m R R 1,6 ∆ 1,40 Học viên: Đinh Mai Hiền F α, deg T Z, s L op tanα (ξ op )2/3 o 4,00 24,99 0,5 1,57 26 34’ P P R R R R R P Lớp: Cao học 16C2 77 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy + Tính tốn kích thước lớp bảo vệ kè theo tác động dòng chảy theo cơng thức (2-10) [7] Tác động dòng chảy xác định theo công thức Pilarczyk: ∆.d bt = 0,035 R → d bt = R R R 𝜙𝜙 𝐾𝐾𝑇𝑇 𝐾𝐾ℎ 𝑢𝑢 𝜓𝜓 𝐾𝐾𝑠𝑠 (3-9) 2𝑔𝑔 0,035 𝜙𝜙 𝐾𝐾𝑡𝑡 𝐾𝐾ℎ 𝑢𝑢 ∆ Trong đó: 𝜓𝜓 𝐾𝐾𝑠𝑠 (3-10) 2𝑔𝑔 : tỉ trọng đẩy kết cấu gia cố ∆ m = ∆ ρ C − ρW 2.4 − = = 1.4 ρW d bt : Chiều dầy kết cấu gia cố (m) R R : hệ số ổn định khối gia cố, với khối bê tông gia cố xếp φ gần φ = 0.75 K t : hệ số xáo động, dòng chảy sau tràn xáo động mạnh nên K t = 1.5 R R R R ψ : thông số Shields tới hạn ψ = 0.05 K h : hệ số chiều sâu dòng chảy, phân bố vận tốc theo chiều sâu gần R R không thay đổi nên K h = 1.0 R R u : vận tốc dòng chảy (m/s), u= 4,99 m/s g : gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s2 P K s = �1 − K s : hệ số độ dốc mái kè R R R R 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝛼𝛼 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝜃𝜃 0,5 � α : góc dốc mái kè, mái kè có m = 2.0 → α = 26o34’ θ P P : góc ma sát vật liệu bảo vệ, với viên kết cấu gia cố BTCT, góc θ = 30o P Kết tính tốn chiều dầy bê tông cần thiết d b = 1,59m R R Bảng 3.18: Kết tính tốn chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-9) d bt , m φ Kt ψ Kh Ks u, m/s ∆m 1,59 0,5 1,5 0,05 1,0 0,45 0,45 1.40 R R Học viên: Đinh Mai Hiền R R R R Lớp: Cao học 16C2 78 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy * Chọn kích thước gia cố Từ kết tính tốn chiều dầy bê tơng gia cố cần thiết theo yêu cầu chịu tác động sóng dòng chảy tính theo cơng thức khác trên, tính quy đổi bê tơng kích thước 2x2 m có chiều dày d ≥ 0,52m Ta chọn chiều dày bê tông gia cố d = 0.60m để bảo vệ cơng trình b Tính tốn cho khu vực Như tóm tắt Bảng trị số lưu tốc lớn v max chiều cao sóng h s R R R R dùng tính tốn sau - Tính toán cho khu vực 2: v max = 3,06 m/s, ứng với trường hợp mở cửa tràn hs = 1,1m, ứng với trường hợp mở lệch trái cửa tràn R R R R - Tính tốn cho khu vực 3: v max = 1,85 m/s, ứng với trường hợp mở cửa tràn hs = 0,6m, ứng với trường hợp mở lệch trái cửa tràn R R R R Bằng phương pháp tính tốn tương tự, xác định chiều dày gia cố cần thiết Khu Vực Kết tính tốn cho thấy hai khu vực kích thước gia cố cần quy định theo yêu cầu chịu tải trọng sóng; theo yêu cầu chịu lực đẩy trượt dòng chảy chiều dầy gia cố cần nhỏ Kết xem bảng 3.19 Bảng 3.19: Kết tính tốn chiều dày bê tơng gia cố d b t Khu Vực R RR R Khu Vực Khu Vực Cơng thức tính tốn Cơng thức tính tốn (3-4) (3-5) (3-7) (3-10) d bt chọn (3-4) (3-5) (3-7) (3-10) d bt chọn 0,13 0,11 0,25 0,07 0,06 0,16 0,1 0.30 R 0,27 R 0,30 R R 3.3.2.2 Biện pháp gia cố Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 79 Luận văn Thạc sĩ Học viên: Đinh Mai Hiền Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Lớp: Cao học 16C2 kê n ả h x tđ nm kê nh x¶ k h u v ù c g ia c è b ¶ o v Ư i (k i) 1:1.5 1:1.5 1:1 1:1 1:1 1:1.5 1:4 KI-1 tr µn Đu ? ng R CO Đu ? s« ng R CO ng ch u k h u v ù c đào b t má i t o x u ô i t h u ận d ò n g c h ¶ y k h u v ù c g ia c è b ¶ o v Ư ii (k ii) đá k íc h t h í c l í n (iiid ) b ¶ o v ệ má i k h u mb h l u đập k h u mặt b ằ n g h l u đập đền c a đạ t c ầu c a đạ t k h u v ù c g ia c ố b ả o v ệ iii (k iii) Đi th ườ n s ô n g đạ t 1:1.5 RC O Học viên: Đinh Mai Hiền ng g xu ©n k h u v ù c g ia c ố b ả o v ệ ii (k ii) sô rc ng ch u Luận văn Thạc sĩ Đu ? Hình 3.14: Mặt bố trí chung kè bảo vệ hạ lưu cơng trình Cửa Đạt 80 Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy ? Đu ng O RC Lớp: Cao học 16C2 81 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Giải pháp bảo vệ Khu vực a Khái quát Kết khảo sát địa chất cho thấy đới đá phong hoá vừa đến nhẹ Khu Vực phân bố sâu Các hố khoan kênh xả chưa gặp đá lớp cao độ 20m Các hố khoan mái bờ trái kênh xả cho thấy đá lớp cao độ 22m 18m Như vậy, đá lớp phân bố mặt cắt kênh xả thiết kế 4m đến 8m vùng mái kênh xả chưa xác định phần kênh Kênh xả thiết kế nằm đới đá phong hoá mạnh Khu Vực phải tiếp nhận lượng lớn dòng chảy kênh xả nằm đới phong hố mạnh lớp nên q trình xả lũ khai thác, kênh chịu xói, bào mòn theo chiều sâu chiều rộng Q trình xói lan rộng vào khu vực chân hạ lưu đập gây ảnh hưởng bất lợi đến ổn định đập Do vậy, kè bảo vệ Khu Vực cần có kết cấu vững để làm việc lâu dài điều kiện chế độ thuỷ lực xáo động mạnh đới đá tốt nằm sâu mặt cắt kênh xả b Phương án kè bảo vệ - Bố trí phần chân kè Ta lựa chọn phương án bố trí chân kè đới đá phong hoá nhẹ biện pháp làm tường giữ chân kè bê tông cốt thép, đáy tường đặt sâu vào lớp đá phong hóa nhẹ 2m khoan neo thép với nền; đỉnh tường cao độ +18,0m (Thấp đáy kênh xả sau tràn 8,0m) Thân kè xây dựng từ đỉnh tường trở lên để giảm khối lượng bê tông cốt thép bảo vệ mái - Thân kè Thân kè cao 21m (Tính từ đỉnh tường giữ chân kè) Bố trí rộng 3m cao độ +30,00m Hệ số mái kè m = 2,0 Tấm bê tông cốt thép bảo vệ mặt kè có kích thước (2×2×0.6)m Lớp dăm đệm dày 0,3m bên có chức nước nhanh, giảm áp lực ngược tạo mặt tiếp xúc phẳng, giúp tăng ổn định bê tông bảo vệ mái Lớp vải lọc geotextile lớp dăm đệm có tác dụng tiêu nước bảo vệ đất khỏi bị rửa trôi Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 82 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy - Đỉnh kè Đỉnh kè kết hợp đường quản lý, bố trí cao trình 39,0m, vượt 2m so với mức nước cao trường hợp xả lũ P=0,6% đảm bảo giao thơng mi trng hp đá l t d àt 0.3m 39.00 t Êm b t c t m20, k t 2x 2x 0.6m đá d ă m d ày 0.3m v ¶ i l ä c g e o t e x t il e 1:2 30.00 2c t Êm b t c t m20, k t 2x 2x 0.6m đá d ă m d ày 0.3m v ¶ i l ä c g e o t e x t il e 1:2 26.00 1: đắp đá đào mó n g 18.00 14.00 k ý h iƯu D : l í p đất đá đổ t h ả i 2c : c t c uộ i sỏ i mặt c k ê n h x ả g iả địn h s âu h n d ự k iến : đá p h o n g h o mạ n h : đá p h o n g h o ¸ v õ a : ®¸ p h o n g h o ¸ n h Đ Hình 3.11: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực Giải pháp bảo vệ khu vực khu vực a Khái quát Nối tiếp sau Khu Vực 1, bao gồm vùng bờ trái trước sau cầu Cửa Đạt, từ mặt cắt V7 đến V13 Chảy đến khu vực lượng, vận tốc dòng xả giảm đáng kể Các mố, trụ Cầu Cửa Đạt thu hẹp dòng chảy, tạo nên đoạn nước dâng trước cầu đoạn nước hạ sau cầu với vận tốc dòng chảy tăng lên từ 1m/s đến 2,75m/s bên bờ trái Các đo đạc mơ hình thủy lực ước định chiều cao sóng đoạn trước cầu 1,1m sau cầu 0,6m Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 83 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Giữa kênh xả Khu Vực vùng đất đá thải có chiều rộng trung bình 150m bề mặt khoảng cao độ 40m Do vậy, Khu Vực chưa chịu tác động trực tiếp dòng xả sau thời gian dài khai thác Đồng thời, trình tiêu hao lượng trình chuyển động, Khu Vực vận tốc dòng chảy chiều cao sóng giảm xuống tương ứng 3,06 m/s 1,1m Khu vực trước Đền Cửa Đạt, bên bờ phải, phạm vi mặt cắt V10A đến V12 Thí nghiệm mơ hình thủy lực cho thấy khu vực có chế độ thủy lực xáo trộn ba khu vực Vận tốc dòng chảy giảm xuống khoảng 1,85m/s chiều cao sóng đo 0,6m Do lượng, vận tốc chiều cao sóng giảm nên mức độ phá hoại, gây xói lở dòng xả Khu Vực khu vực nhỏ đáng kể so với Khu Vực Mặt khác, cách xa hố xói nên q trình xói lở vùng có xảy diễn thời gian đủ dài để sửa chữa hư hỏng kè hư hỏng không ảnh hưởng đến an tồn đập Mặt khác, điều kiện theo dõi, tu sửa chữa hư hỏng khu vực tương đối thuận lợi, đồng thời, xa hạ lưu nên không ảnh hưởng đến an tồn đập b Phương án kè bảo vệ Phương án xây dựng tuyến kè thật chắn để đảm bảo kè không bị hư hỏng trường hợp cực đoan đáy lòng dẫn xói mở rộng vào tận chân kè cao độ ngang với cao độ đáy lòng dẫn +26,00 đào mở rộng Xem hình vẽ 3.12 3.13 - Chân kè Chân kè bố trí ngồi phạm vi xói lở, mở rộng lòng dẫn dự kiến Cao trình chân kè +24,0 m thấp cao trình đào lòng dẫn, nên ổn định chân kè toàn kè đảm bảo Dưới chân kè đổ đá hộc có kích thước trung bình d = 0,2m dày 2,0 m linh hoạt thay đổi hình khối thích ứng với xói lở, mở rộng lòng dẫn, đắp hồn trả móng đến cao trình +31,0 m - Thân kè Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 84 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Làm rộng 3m cao trình +35.0m Phần thân kè từ cao trình 40m xuống đến +35.0m khơng chịu tác động dòng chảy bảo vệ trồng cỏ ô khung bê tông cốt thép Phần thân kè từ cao trình +35.0 m trở xuống chịu tác động trực tiếp dòng chảy với vận tốc 1,8m/s chiều cao sóng 1,1m nên gia cố viên lục lăng bê tông M20 dầy 30cm Lớp dăm đệm bên có chức thoát nước nhanh, giảm áp lực ngược tạo mặt tiếp xúc phẳng, giúp tăng ổn định viên bê tông cốt thép Lớp vải lọc geotextile lớp dăm đệm có tác dụng tiêu nước bảo vệ đất khỏi bị rửa trôi - Đỉnh kè Đỉnh kè bố trí cao trình +40,0m, cao mức nước lũ cao Với chức kết hợp đường phục vụ quản lý, mặt đỉnh kè có kết cấu đất đá cấp phối, đáp ứng yêu cầu giao thông xe tải trọng Đào mở rộng lòng dẫn Lòng sơng Chu đoạn hạ lưu cơng trình từ kênh xả tràn, nhà máy thủy điện ngã sông Đạt chiều dài khoảng 900 m đào bạt đến cao trình +26,00 m để mở rộng lòng dẫn, giảm lưu tốc dòng chảy Chiều rộng lòng dẫn đào tối thiểu 100 m Xem hình vẽ 3.11 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 85 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy t r å ng c t r o ng « k h u n g bt c t 40.00 1:2 D v iª n b t l c l ă n g d ày 0.3m đá d ă m d ày 0.3m v ả i l ọ c g e o t e x t il e 35.00 đắp đá x ô b 2c 1:2 2c 26.00 24.00 k ý h iÖu D : l p đất đá đổ t h ả i 2a : đất s ét n ặn g 2b : đất c t - s Ðt n h Đ 2c : c ¸ t c uộ i sỏ i 5a : đá p h o n g h o h o àn t o àn : đá p h o n g h o mạ n h Hỡnh 3.12: Mt ct in hình phương án kè bảo vệ khu vực D t r å ng c t r o ng « k h u n g bt c t 40.00 1:2 2c v iª n b t l c l ă n g d ày 0.3m đá d ă m d ày 0.3m đắp đá x ô b å v ¶ i l ä c g e o t e x t il e s a n ñ i đất đào mó n g 35.00 35.00 k ý h iệu D : l p đất đá đổ t h ả i 2a : đất s Ðt n Ỉn g 1:2 26.00 24.00 2b : đất c t - s ét n h Đ 2c : c ¸ t c i sỏ i 5a : đá p h o n g h o h o àn t o àn : đá p h o n g h o ¸ m¹ n h Hình 3.13: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 86 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 3.4 NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TỐN Đã thực đánh giá chế độ, diễn biến dòng chảy phía hạ du nơi tuyến cơng trình cần thiết kế bảo vệ bờ qua thí nghiệm mơ hình thủy lực Tuy thực thí nghiệm mơ hình lòng cứng, nên xác định diễn biến vận tốc, mạch động sóng làm sở để thiết kế mà chưa xác định diễn biến xói lở xả lũ qua tràn Trên sở yêu cầu kỹ, mỹ thuật phương án thiết kế đề xuất đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, hình thức gia cố đảm bảo an toàn, ổn định Tuy nhiên, yêu cầu kinh tế mỹ thuật quản lý vận hành sau này, phương án gia cố mái khối bê tơng lục lăng có ngàm có độ ổn định, an toàn mỹ quan Ngoài phương án gia cố bê tơng có phương án gia cố mái bằng, đá xây, đá lát, rọ đá… chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn, công tác quản lý vận hành phức tạp Vì đá xây đá lát dễ bị long rời tác động dòng chảy thép rọ đá quản lý không tốt dễ bị cắt trộm, thép bao rọ ảnh hưởng đến an toàn mái kè Rọ đá dễ bị rác bám vào khó vệ sinh không đảm bảo mỹ quan, tuổi thọ thấp Mặc dù để phục vụ thiết kế cơng trình thực thí nghiệm mơ hình thủy lực theo tình xẩy trình vận hành tràn xả lũ Phần gia cố tập trung bên bờ trái, phần bờ phải đảo bạt cho thuận dòng phía sau cầu Cửa Đạt, phạm vi sau hố xói đến cửa kênh xả nhà máy thủy điện có địa chất lớp khơng có cơng trình quan trọng nên không đặt vấn đề gia cố Trong trình vận hành lớp đá mặt bị phong hóa cục xem xét gia cố phù hợp sau Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 85 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN Với mục đích lựa chọn giải pháp bảo vệ hạ lưu cơng trình tối ưu kinh tế kỹ thuật nhằm đảm bảo an tồn cho cơng trình, nghiên cứu làm rõ số tồn tại, ảnh hưởng dòng chảy hạ lưu cơng trình cơng trình tháo lũ làm việc đến khả gây xói lở hạ lưu cơng trình thủy lợi, thủy điện nước ta Việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp tính tốn dòng chảy hạ lưu cơng trình tiêu biện pháp thí nghiệm mơ hình thủy lực tổng thể kết hợp với tính tốn kết cấu bảo vệ cơng thức lý thuyết Luận văn sâu, giải số vấn đề đạt kết sau: Nghiên cứu tổng quan giải pháp bảo vệ hạ lưu cơng trình thủy lợi, thủy điện Việt Nam giới cho thấy vấn đề xói lở hạ lưu cơng trình có ảnh hưởng lớn đến an tồn tồn hệ thống cơng trình phục vụ dân sinh, kinh tế hạ lưu, nên cần quan tâm đặc biệt trình thiết kế thi cơng cơng trình Ngun nhân xói lở hạ lưu cơng trình phức tạp, đa dạng phụ thuộc vào nhiều nhân tố, cần thiết phải thơng qua thí nghiệm mơ hình đem lại kết đáng tin cậy Nghiên cứu, làm rõ tác động dòng chảy hạ lưu cơng trình tiêu đến khả gây xói lở hạ lưu cơng trình với kết cấu kè bảo vệ, từ thấy tác động yếu tố chiều cao sóng, vận tốc dòng chảy tác nhân chủ yếu gây xói lở hạ lưu cơng trình Qua giải pháp thí nghiệm mơ hình thủy lực nói ta đánh giá chế độ, diễn biến dòng chảy xác định yếu tố dòng chảy sóng, vận tốc, đường mặt nước, diễn biến xói lở, khu vực xung yếu cần quan tâm, xác định yếu tố gây tình hình thủy lực bất lợi, xác định trường hợp bất lợi nhất… để làm sở phục vụ cho việc tính tốn kết cấu bảo vệ hạ lưu cơng trình theo cơng thức lý thuyết Qua thấy rõ việc lựa chọn giải pháp thí nghiệm mơ hình Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 86 Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy thủy lực để tính tốn dòng chảy hạ lưu cơng trình tiêu phù hợp khu vực có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp Nghiên cứu, lựa chọn kết cấu lớp mặt kè bê tông cốt thép cục bê tông lục lăng có ngàm có tuổi thọ độ ổn định cao phù hợp khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp tác động sóng, vận tốc dòng chảy… sau cơng trình tiêu Dựa vào kết nghiên cứu hạn chế, khắc phục số tồn gây nên tượng xói lở q trình thiết kế, thi cơng đồng thời lựa chọn kết cấu gia cố hợp lý cho khu vực hạ lưu cơng trình II TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ Đối với giải pháp nghiệm mơ hình thủy lực thực mơ hình lòng cứng nên chưa thể đánh giá cách xác diễn biến xói lở hạ lưu cơng trình Tính tốn lựa chọn kết cấu bảo vệ chưa nghiên cứu ảnh hưởng áp suất mạch động áp suất dòng chảy lên kè Cần thực cơng tác nghiên cứu mơ hình hóa vật liệu lớp địa chất hạ lưu cơng trình để phục vụ cơng tác thí nghiệm mơ hình thủy lực tổng thể lòng mềm để đánh giá khả năng, diễn biến xói lở hạ lưu cơng trình Cần nghiên cứu ảnh hưởng áp suất, mạch động áp suất dòng chảy kết cấu bảo vệ Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 87 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2002), Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285:2002, Nhà xuất xây dựng Bộ nông nghiệp Phát triển Nơng thơn, Cơng trình bảo vệ bờ sơng để chống lũ Quy trình thiết kế 14 TCN 84 - 91 Bộ nông nghiệp Phát triển Nông thôn, Quy phạm Tải trọng lực tác dụng lên cơng trình thủy lợi QP.TL-C-1-78 Phạm Ngọc Quý, Bài giảng thí nghiệm mơ hình thủy lực Nguyễn Xn Trường, Thiết kế đập đất Tạp chí hoạt động khoa học kỹ thuật Tôn Thất Vĩnh (2003), Thiết kế công trình bảo vệ bờ, đê, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam (2009), Thuyết minh Báo cáo Nghiên cứu thí nghiệm mơ hình thủy lực phục vụ thiết kế bảo vệ hạ lưu khu đập Cửa Đạt No464Đ - MH05 P P Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam (2009), Phụ lục Báo cáo Nghiên cứu thí nghiệm mơ hình thủy lực phục vụ thiết kế bảo vệ hạ lưu khu đập Cửa Đạt No464Đ - MH05 P P 10 Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam (2009), Tập vẽ Kết thí nghiệm mơ hình thủy lực phục vụ thiết kế bảo vệ hạ lưu khu đập Cửa Đạt No464Đ P P MH05 Tiếng Anh Dutch Guidelines on Dike Protection (1987), Delft, The Netherlands Krystian W Pilarczyk (1998), Dikes and Revetments - Design, Maintenance and Safety Assessment Ministry of Transport, Public works and water Management, Manual on the use of Rock in Hydraulic Engineering, Netherlands Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 ... Thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN 1.1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN... hạ lưu cơng trình cần thiết phải có biện pháp gia cố, bảo vệ hạ lưu để đảm bảo an tồn cho cơng trình đầu mối đảm bảo an toàn cho khu vực khác hạ lưu cơng trình Đề tài “ Nghiên cứu giải pháp bảo. .. bảo vệ hạ lưu cơng trình thủy lợi, thủy điện nhằm làm rõ số tồn tại, ảnh hưởng dòng chảy hạ lưu cơng trình cơng trình tháo lũ làm việc đến khả gây xói lở hạ lưu cơng trình thủy lợi, thủy điện