LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thu thập tài liệu và nghiên cứu, đến nay luận văn “ Nghiên
cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công phục vụ cho
xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện”
đã hoàn thành và đáp ứng được các yêu
cầu đề ra.
Với thành quả đạt được, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
quý thầy cô Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian qua đã truyền đạt kiến thức
khoa học, kinh nghiệm thực tế cho tác giả luận văn.
Tác giả xin cảm ơn Trung tâm nghiên cứu thủy lực đã tạo điều kiện, giúp đỡ
tác giả tham gia, thực hiện thí nghiệm mô hình thủy lực và hoàn thành luận văn.
Đặc biệt tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy
TS.Nguyễn Đăng Giáp và PGS.TS.Trần Quốc Thưởng đã hướng dẫn tác giả hoàn
thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Cuối cùng, xin cảm tạ tấm lòng, sự hy sinh, hỗ trợ của những người thân đã
động viên giúp đỡ tác giả luận văn trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận
văn này.
Hà Nội, tháng 8 năm 2014
Tác giả luận văn
Trương Văn Đô
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Trương Văn Đô
Học viên lớp: CH19C21
Đề tài luận văn cao học “ Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua
đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện”

2.1.3. Định luật REYNOL 48
2.2. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 52
2.2.1. Tỷ lệ mô hình 52
2.3. PHẠM VI MÔ HÌNH 53
2.4. BỐ TRÍ ĐO ĐẠC 53
2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 55
2.6. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 55
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 58
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59
3.1. KHÁI QUÁT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 59
3.2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP HỢP LÝ 60

3.2.1. Xác định chiều dài phun xa trên bậc nước 2.25m. 60
3.2.2. Xác định đường mặt nước dọc công trình 65
3.2.3. Xác định vận tốc dòng chảy 66
3.2.4. Chọn cao trình đỉnh đập hợp lý. 67
3.3. NGHIÊN CỨU CHIỀU DÀI BẬC 4M, CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 45M . 67
3.3.1. Xác định chiều dài phun xa trên bậc nước 68
3.3.2. Xác định vận tốc dòng chảy 70
3.4. KẾT QUẢ CHỌN CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP VÀ CHIỀU DÀI BẬC
NƯỚC 71
3.4.1. Chọn cao trình đỉnh đập 71
3.4.2. Chiều dài dòng phun trên bậc 74
3.4.3. Chọn hình thức công trình xả lũ thi công 74
3.4.4. Kết luận 75
3.4.5. Nghiên cứu chế độ thủy lực với cao trình đỉnh 45m và bậc dài 2.25m
75
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 83
3.5.1. Nhận xét chung 83
3.5.2. Những đóng góp của tác giả 84

Ảnh 3.1: Mô hình mặt cắt - lòng cứng 59
Ảnh 3.2: Nước nhảy ở hạ lưu đập. 65
Ảnh 3.3: Mô hình nhìn từ hạ lưu 68
Ảnh 3.4: Mô hình mặt cắt- lòng cứng, bậc dài 4m 68
Ảnh 3.5: Dòng chảy vượt ngoài mũi bậc dài 4m, Q= 2000 m
3
/s 69
Ảnh 3.6: Mô tả đá hộc bảo vệ mặt đập 72
Ảnh 3.7: Dòng chảy hạ lưu đập Q= 1000 m
3
/s, ∇45m. 78
Ảnh 3.8: Dòng chảy hạ lưu đập Q= 4500 m
3
/s, ∇45m. 78
Ảnh 3.9: Mô hình lòng cứng bậc dài 2.25m, ∇50m. 79
Ảnh 3.10: Dòng chảy hạ lưu đập Q =1000 m
3
/s, ∇50m. 79
Ảnh 3.11: Mô hình lòng cứng bậc dài 2.25m, ∇48m. 80
Ảnh 3.12: Dòng chảy hạ lưu đập Q =1000 m
3
/s, ∇48m. 80
Ảnh 3.13: Học viên thao tác đo đạc ở mô hình 81
Ảnh 3.14: Học viên thao tác đo đạc ở mô hình 82 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng 4
Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới 6

1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Sau giai đoạn chặn dòng sông của những công trình thủy lợi, thủy điện
lớn là giai đoạn xả lũ thi công. Sự thành bại của việc xả lũ thi công nhất là đối
với các công trình đập chính là đá đổ có một ý nghĩa rất quan trọng.
Trong giai đoạn phát triển hiện nay của đất nước, bên cạnh vấn đề kỹ
thuật, vốn đầu tư cho công trình là một trong những tiêu chí hàng đầu để lựa
chọn các giải pháp xây dựng, thi công công trình.
Phương án xả lũ thi công hợp lý có liên quan mật thiết với việc thiết kế,
bố trí tổng thể công trình đầu mối, hệ thống đê quai thượng, hạ lưu, tuynel
dẫn dòng tạm thời, cống, tuynel thủy điện Quy mô các công trình này
thường rất lớn, chi phí rất tốn kém, vấn đề xử lý kỹ thuật cũng gặp nhiều khó
khăn.
Ngày nay, các đập lớn, kiên cố xây dựng bằng vật liệu đá đổ, bê tông
đầm lăn đang được áp dụng rộng rãi, mở ra một hướng phát triển cho giải
pháp xả lũ thi công qua đập đắp dở, giúp giảm quy mô và chi phí cho công
trình dẫn dòng thi công.
Trong giai đoạn dẫn dòng này thường sử dụng tuynel dẫn dòng xả một
phần lưu lượng lũ, lưu lượng còn lại được xả qua đập đá đổ đang đắp dở.
Ở nước ta hiện nay có những công trình thủy lợi, thủy điện lớp áp dụng
pgiải pháp dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đắp dở như : Công trình thủy điện
Tuyên Quang (Na Hang) xả lũ thi công với lưu lượng thiết kế P5% khoảng
4400m
3
/s, công trình xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở Cửa Đạt với lưu
lượng Q5% = 4500m
3
/s và sắp tới còn có nhiều công trình khác.
Tuy vậy, sự hiểu biết, kinh nghiệm thiết kế cũng như các quy phạm, chỉ

- Sử dụng phương pháp tổng hợp phân tích công tác dẫn dòng thi công
công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, các sơ đồ dẫn dòng thi công…
3
- Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết.
- Sử dụng phương pháp mô hình vật lý.
4. Kết quả dự kiến đạt được
- Xác định được cao trình đỉnh đập đá đổ để xả lũ thi công hợp lý.
- Xác định hình thức dạng bậc nước để xả lũ với các lưu lượng xả lũ thi
công khác nhau.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG

1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN DÒNG THI CÔNG
Có rất nhiều phương pháp dẫn dòng thi công, dưới đây nêu tóm tắt một số
phương pháp chính:
1.1.1. Dẫn dòng qua cống ngầm
Đối với các công trình vừa và nhỏ thường sử dụng cống lấy nước để dẫn dòng
mùa khô hoặc bố trí các lỗ xả trong thân đập (cống ngầm) để tháo lũ thi công. Đối
với các công trình lớn, cống được thiết kế riêng để dẫn dòng cả mùa khô và mùa lũ,
mùa khô năm thi công cuối cùng mới hoành triệt cống;
Khi sử dụng cống ngầm để dẫn dòng, nếu lưu lượng dẫn dòng lớn thì người ta
thường phải thiết kế cống ngầm có nhiều khoang (công trình Núi Cốc, Kẻ Gỗ, Yên
Lập, Tuyên Quang, Bản Chát, Bình Điền, Đồng Nai ). Khi thi công xong, người ta
hoành triệt và chỉ để lại một khoang để dẫn nước tưới lâu dài, các khoang đã hoành
triệt sẽ trở thành các hành lang kiểm tra và sửa chữa (Bảng 1 nêu một số cống dẫn
dòng).
Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng
TT Tên công trình
Lưu
lượng xả

TT Tên công trình
Lưu
lượng xả
Q
xả
(m
3
/s)
Số cống và
kích thước
(bxh)m
Tần suất
thiết kế
(P%)
6 Cống dẫn dòng thuỷ điện Sê San 3 634 2x(5x7) P
5%
kiệt
7 Cống dẫn dòng thuỷ điện Khe Bố 769 2x(5x6.5) P
5%
kiệt
8
Cống dẫn dòng thuỷ điện Sê San 4
1019
3x(5x7)
P
5%
kiệt

Dẫn dòng qua cống về mùa kiệt thuận lợi, nhưng vào mùa lũ (lưu lượng lớn)
chênh lệch với mùa kiệt khoảng vài chục tới vài trăm lần, cống làm việc với chế độ

MôZămbích
2 16x16 4500
2 Kê Ban, Thổ Nhĩ Kì 2 14,5x14,5 4520
3 Nui- Melônês, Mỹ 1 8,86x10,35 -
4 Temengop, Malaysia 2 9
5 Axuan, Ai Cập 6 15 11000
6 Trikuasen, Mêhicô 2 13x13 4500
7 Toktogul, Liên Xô 1 11,6x14 2200
8 Tarbela, Pakistan
3
1
13,7
13,2
18000
9 Naika, Canađa 2 13,7 4250
10 Xirikit, Thái Lan 2 13,5 4500
11 ElKakhon, Honđurat 1 13 2100
12 Trikeisk, Liên Xô 1 10,2x13,6 2200
13 Đvorsak, Mỹ 1 12,2x12,2 1920
14 Nurêc, L.Xô 1 11x10 3200
15 Trivor, Kolômbia 1 10,35x10,35 2800
16 Môrnôs, Hi Lạp 1
9,6
9,6
1350

7
1.1.3. Phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt
Đối với các công trình lớn người ta thường dùng phương pháp đắp đê quai
ngăn dòng nhiều đợt. Phổ biến nhất là hai đợt, đợt đầu dẫn dòng qua lòng sông thu

Vì thế việc tính toán và xây dựng các tuynen hay cống ngầm tạm thời để tháo
qua những lưu lượng nhỏ, còn lượng lũ lớn, đột ngột cho tràn qua đỉnh đập là một
yêu cầu của thực tế.
Khó khăn chính của phương pháp này là bảo đảm an toàn cho phần đá đổ ở
thân đập về phía hạ lưu khi xả lũ qua.
Phương án này đã được áp dụng vào việc xây dựng các công trình thủy lợi,
thủy điện ở nhiều nước trên thế giới như: Úc, Nga, Trung Quốc
Từ năm 1930 trở lại đây nhiều phương pháp bảo vệ đập đất đá khỏi bị xói khi
nước tràn qua được nêu ra và áp dụng. Kinh nghiệm thiết kế, thí nghiệm và xây
dựng đập đá đổ đã khẳng định khả năng cho phép nước tràn qua đập đang thi công.
Tuy vậy phương pháp tháo nước thi công qua đập đá đổ xây dựng dở tương đối mới
và chưa được đề cập nhiều.
Vấn đề về tốc độ xói cho phép do dòng mặt gây ra khi nước tràn qua đập đá đổ
chưa được nêu lên một cách đầy đủ. Những công thức hiện có tính toán chưa đầy đủ
nhất là đặc trưng của dòng thấm khi xả lũ qua đập đá đổ với độ rỗng nhỏ.
Về phương diện kết cấu có thể dùng các loại sau đây:
- Đá hộc đường kính lớn.
- Rọ đá có thép néo vào thân đập.
- Tấm bê tông cốt thép có đục lỗ thoát nước
Dưới đây nêu kết quả nghiên cứu, ứng dụng xả lũ thi công qua đập đá đổ đang
thi công ở thế giới.
1.2.1.1. Phần lan
Ở Phần Lan đã xây dựng đập bằng đất đá, cao 15m nằm trên thượng lưu sông
Kemb. Phần tràn của đập dài 470m, xả lũ 4800 m
3
/s, và cho phép những tảng băng,
những bè gỗ trôi qua.
Chiều cao, loại và các thành phần kết cấu đập được lựa chọn trên cơ sở thí
nghiệm mô hình và có xét đến tính chất vật liệu địa phương, điều kiện thi công. Nền
của đập là đất có lẫn đá. Lưu lượng của sông Kemb do hồ Kemb cung cấp, thay đổi

Vật liệu đắp đê quai là đá đổ. Hình dạng đập tràn, gia cố đỉnh đập bằng đá
5,8∼13,7T, độ dày 2m và rọ đá với kích thước 4x1,5x1,5m.
Đê quai được xây dựng bằng phương pháp đổ đá 10∼1200kg vào trong nước,
dùng cừ thép chống thấm, đóng sâu vào lớp sỏi ở độ sâu 19,5m và lớp cuội ở lòng
sông. Theo số liệu thí ngiệm khi lưu lượng của sông vượt quá 4500 m
3
/s thì các đê
quai bị ngập; ứng với lưu lượng tràn 500 m/s lớp nước trên đỉnh đê quai thượng lưu
10
đạt tới 1,8m, trên đỉnh đê quai hạ lưu 1,1m. Đê quai làm việc trong chế độ đập tràn
đỉnh rộng, chảy ngập. Theo tính toán khi lưu lượng sông 14.500 m
3
/s, thì lưu lượng
tràn qua đê quai là 10.000 m
3
/s, lớp nước tràn trên đê quai thượng lưu 10,5m; ở hạ
lưu 12,7m.
Những loại kết cấu gia cố sau đây: đá đường kính lớn, rọ đá, tấm bê tông
3x2x1,5m đổ tại chỗ được thí nghiệm gia cố mô hình có tỷ lệ 1/75 để xác định.
Trên cơ sở thí nghiệm, đã cho kết quả: Gia cố bằng rọ đá thì tốt hơn về
phương diện chống trượt so với các tấm bê tông và các viên đá lớn, bởi vì các kết
cấu này bị phá vỡ do lực đẩy của nước trong trường hợp tốc độ dòng chảy lớn, và
dần dần bị cuốn đi để bảo vệ mặt đê quai khỏi bị xói nên dùng rọ đá giữa các rọ
dùng giây thép chằng lại.
1.2.1.3. Úc và Mỹ
Gia cố bằng đá có cắm những cọc thép được áp dụng để bảo vệ đập đá đổ
Ciraunymi và Boumba cao 24,4m và 43,9m. Gia cố lưới thép được dùng ở đập đất
đá Paragan cao 44,5m. Hai loại này được sử dụng rộng rãi ở các nước miền nam
châu Úc. Hàng loạt đập tràn bằng đất, gia cố bằng các loại trên, được xây dựng trên
sông Iub thuộc miền nam bang Kalifocnia ở Mỹ. Ở miền bắc Kalifocnia năm 1965

φ=19mm, khoảng cách 150cm nằm ở trên, chiều dài các thanh đỡ thay đổi theo
chiều cao. Lưới thép bảo vệ mái hạ lưu được gắn vào các thanh thép chống đỡ nằm
ngang. Những thanh chống này do đá đè xuống, làm việc như giá giằng.
Được bổ sung bằng kinh nghiệm rút ra được trong xây dựng đập đất đá hỗn
hợp ở Úc, phương pháp gia cố bằng lưới thép được áp dụng, nhưng kết cấu được
gia cố hoàn thiện hơn qua kết quả thí nghiệm trên mô hình và số liệu thu được trong
thời gian lũ tràn qua đập Braigon. Sau 1 lớp đá đổ đắp đập 1,5m đầm nén chặt đặt
hàng thép nằm ngang, còn lưới thép rải trên mặt đập tiến hành sau khi đắp đập được
3m.
Trong thời gian xây dựng, đập Braigon đã có 3 lần nước lũ tràn qua. Lũ đầu
tiên xảy ra với lưu lượng 198 m
3
/s.Lớp nước tràn 0,6m, chênh lệch đầu nước 3,7m.
Mặc dù trên đập có những đoạn chưa kịp gia cố lưới thép song đập không bị phá
hỏng. Qua quan sát thấy đá φ=76mm bị cuốn trôi.
Trận lũ thứ 2 xảy ra, lúc đập đạt tới độ cao 14,6m. Nước tràn qua đập với lưu
lượng tràn 1134 m
3
/s, lớp nước tràn 3,7m. Do đập chưa gia cố chống tràn nên bị
nước lũ gây ra những hư hỏng. Dòng nước tràn qua mặt đập đá cuốn đi vật liệu gây
ra xói sâu tới 6,1m ở những chỗ lõm của đỉnh đập. Trên mặt hạ lưu tạo thành 1
đường tràn rộng tới 30m. 23000 m
3
lớp đá gia cố bằng lưới thép và 13000 m
3
đá
thân đập bị nước cuốn trôi đi.
Sau khi đắp bù lại những chỗ bị xói, được đầm chấn động theo từng lớp 3m;
lần thứ 3 đập lại bị lũ 1700 m
3

ax
1,2. 2 .( ).
da n
m
n
Vg D
γγ
γ
−
=
(1.1)
13
min
0,86. 2 .( ).
da n
n
VgD
γγ
γ
−
=
(1.2)
Trong đó:
γ
da
– Dung trọng của đá, γ
da
=2.6-2.7 tấn/m
3


trên nền đá. Do đó việc bố trí công trình tháo theo điều kiện tháo lũ thi công thường
không thực tế và dẫn đến việc đội giá thành xây dựng lên rất nhiều, lưu lượng lũ
càng lớn thì giá thành càng tăng cao.
Chi phí và thời gian phát sinh có thể được giảm xuống nếu như tháo cơn lũ
thi công đầu tiên qua thân đập đá đổ xây dở. Điều này cho phép tránh được việc
phải xây dựng đường hầm tháo lũ thi công tạm thời cũng như tránh được việc xây
công trình tháo cố định trên lòng sông (3) mà chỉ cần bố trí tại những cao trình thấp
một đường hầm nhỏ hoặc cống dẫn nước (1’). Cống dẫn nước này về sau có thể sử
dụng như lỗ xả đáy hoặc cửa lấy nước. Trong thời gian xây dựng công trình, nó chủ
yếu được sử dụng để tháo các lưu lượng nhỏ vào mùa kiệt. Để tháo những lưu
lượng lũ lớn bằng những biện pháp phù hợp sử dụng đập đá đổ đang xây dở có vai
trò như một công trình tháo lũ tạm thời.
Sau khi tháo lũ năm đầu tiên và mực nước sông hạ xuống, việc xây dựng đập
dâng (5) được tiếp tục với dự tính tháo lũ năm sau qua kênh dốc nước đã chuẩn bị
trước (2) (hoặc qua đường hầm tại những cao trình cao hơn, đường hầm này được
coi như công trình tháo cố định). Việc tháo lũ năm sau qua kênh dốc nước (2) cũng
có thể thực hiện trong trường hợp khi đỉnh đập dâng (5) đã được nâng đến những
cao trình không ngập nước nhưng tường chống thấm chưa hoàn thành, và vì lý do
đó chỉ có lưu lượng thấm được thoát qua thân đập đá đổ.
Phương pháp tháo lũ thi công tràn qua đập xây dở là một phương pháp tương
đối mới và ít được nghiên cứu. Tuy nhiên trong một số điều kiện thuận lợi, phương
pháp này đã được ứng dụng như ở đập Karachunovskaya (Nga). Ngoài ra, trong
những điều kiện phức tạp phương pháp này được áp dụng khi xây dựng đê quai thi
công của công trình thủy điện Nurek, Toktogun (Liên Xô cũ). Trong tương lai, ở
những công trình hồ chứa lớn của vùng Xi-bê-ri (Nga) và khu vực phía nam Liên
Xô, phương pháp tháo lũ thi công này trong nhiều trường hợp sẽ không những phù
hợp mà còn cần thiết nữa.
15
b2) Nghiên cứu về kết cấu gia cố bảo vệ
Thực tế xây dựng các công trình thủy lực, thủy điện ở Liên Xô đã rút ra các

tính thực tế hơn cả, đặc biệt khi khi cần bảo vệ chống xói các dốc nước có độ dốc lớn.
Hiện tượng đá bị trôi ra ngoài qua các lỗ thoát nước không xảy ra vì các dải lỗ
này khá hẹp và trong các dải này còn có cốt thép.
5. Gia cố mái bằng các khiên và dầm có neo. Tấm có neo được làm từ các
dầm gỗ hoặc bê tông cốt thép ghép lại với nhau, sắp xếp dọc theo dòng chảy. Khi áp
17
dụng trên các công trình xả tạm thời, các tấm này có thể làm đơn giản hơn. Thay
cho các tấm, người ta sử dụng các dầm gỗ hoặc bê tông cốt thép riêng rẽ, sắp xếp
trên mái theo phương vuông góc dòng chảy.
6. Bảo vệ chống xói bằng cách bố trí công trình dâng nước trên mái hạ
(hình1.4b).

Hình 1.4: Gia cố mái hạ của đập đá đổ
a, Gia cố mái bằng dầm có neo. b, Gia cố bằng bê tông cốt thép
1-Dầm có neo, 2- đá (không có vụn), 3- đá mỏ,
4- Khối đá được liên kết bằng bê tông, 5- Tường dâng- dốc nước,
6- Dầm chống, tạo thành lưới dầm;
7- Khối chống (dạng mũi) nhằm hướng dòng xoáy nước
1.2.1.6. Trung Quốc
a) Khái quát
Đập đá đổ bê tông bản mặt hiện đại ở Trung Quốc (dưới đây gọi tắt là đập bản
mặt), từ năm 1985 đến nay phát triển tương đối nhanh, đã xây dựng xong 20 công
trình, đang xây 41 công trình, trong đó đập đá đổ bản mặt 47 công trình, có 14 công
trình là đập đá cát cuội sỏi bản mặt, đã xây với chiều cao 32m ∼ 95m, các công trình
18
đang xây dựng cao 35m ∼ 175m, trong đó về mặt dẫn dòng thi công và vượt lũ đã
tích lũy nhiều kinh nghiệm. Nhất là xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công.
b) Về phương án dẫn dòng và vượt lũ
b1) Thực tiễn ở Trung Quốc đập đá đổ bản mặt thường dùng phương án dẫn
dòng và vượt lũ như sau: Mùa kiệt đê quai ngăn nước dùng tuynen dẫn dòng. Mùa