B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
I H C TH Y L I

-------  -------

NGUY N V N TÔN

Nghiªn cøu c¸c yÕu tè thñy lùc vµ c¸c gi¶i ph¸p gia cè
khi x¶ lò thi c«ng qua ®ª quai b»ng ®¸ ®æ

LU N V N TH C S

HÀ N I - 2014


L IC M

N

Sau m t th i gian thu th p tài li u và nghiên c u, thí nghi m mô hình đ n nay
lu n v n “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp gia c khi x l thi
công qua đê quai b ng đá đ ” đã hoàn thành và đáp ng đ
V i thành qu đ t đ
quý th y cô Tr

ng

Hà N i, tháng 11n m 2014
Tác gi lu n v n

Nguy n V n Tôn


L I CAM OAN
Tên tôi là:Nguy n V n Tôn
H c viên l p: CH20C11
tài lu n v n cao h c “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp gia
c khi x l thi công qua đê quai b ng đá đ ” đ

c Tr

N i giao cho h c viên Nguy n V n Tôn d

ng d n c a th yPGS.TS. Tr n

Qu c Th

is h

ng đ n nay đã hoàn thành.

Tôi xin cam đoan v i Khoa Công trình và Phòng
hoc Tr

ng đ i h c Th y l i Hà

ào t o đ i h c và sau đ i


P Á

ANG THI

TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM. ......................................... 7

1.2.1. TRÊN TH GI I .............................................................................................7
1.2.2.

VI T NAM.................................................................................................24

1.3. TÍNH TOÁN D N DÒNG .............................................................................. 30
1.3.1. C s tính toán ...............................................................................................30
1.3.2. Công th c tính toán ........................................................................................31
1.4. K T LU N CH

NG 1 ................................................................................. 35

1.4.1. K t lu n ..........................................................................................................35
1.4.2. Nh ng v n đ nghiên c u ..............................................................................36
CH

NG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ XÂY D NG MÔ HÌNH ............................. 37

2.1. LU T T

NG T

2.1.1. Khái ni m v t


2.3. PH M VI MÔ HÌNH ....................................................................................... 48


2.4. B TRÍ O
2.5. PH

C ............................................................................................. 48

NG PHÁP NGHIÊN C U THÍ NGHI M ........................................... 49

2.6. N I DUNG THÍ NGHI M .............................................................................. 49
2.7. K T LU N CH
CH

NG 2 ................................................................................. 49

NG 3: K T QU NGHIÊN C U.............................................................. 51

3.1. Cao trình đ nh đê quai ∇55m, gia c b ng th m r đá..................................... 51
3.1.1. Kh n ng tháo c a đê quai th

ng l u...........................................................52

3.1.2. Xác đ nh v n t c dòng ch y ...........................................................................54
3.1.3. Di n bi n tình hình th y l c khi x l thi công..............................................60
3.1.4. Nh n xét .........................................................................................................62
3.2. Cao trình đ nh đê quai cao trình 59m, gia c b ng bê tông c t thép ................ 63
3.2.1. Kh n ng tháo c a đê quai th


B ng 1.2: M t s tuynen d n dòng trên th gi i ........................................................5
B ng 1.3:Ph

ng th c d n dòng thi công v

ch n tiêu chu n v

t l m t ph n đ p bê tông b n m t và

t l ............................................................................................15

B ng 1.4:Thông s th y l c c a m t đ p tràn n

c ................................................19

B ng 1.5: Thông s d n dòng ..................................................................................24
B ng 1.6: Các thông s c b n ................................................................................. 25
B ng 1.7: S đ d n dòng thi công .......................................................................... 28
B ng 2.1: T l các đ i l
B ng 2.2: L u l

ng ..................................................................................47

ng th c t và mô hình .................................................................48

B ng 3.1: Kh n ng tháo qua đê quai th

ng l u v i cao trình đê quai 55m .........53

B ng 3.2: V n t c dòng ch y v i cao trình đê quai 55m .........................................59


ng l u gia c t m BTCT .....................................70

nh 3.5: Mái h l u đ p đá đ gia c t m BTCT ....................................................70
nh 3.6: N

c nh y ng p h l u đê quai th

ng ....................................................73

nh 3.7:

á gia c m t đ p .....................................................................................74

nh 3.8:

nh đê quai TL ∇55m, Q = 4000m3/s. ....................................................80

nh 3.9::

nh đê quai TL ∇59m, Q = 6500m3/s. ...................................................81

nh 3.10: H c viên quan sát dòng ch y ..................................................................81
nh 3.11: H c viên đo đ c

mô hình .....................................................................82

nh 3.12: H c viên đo đ c

mô hình .....................................................................83


c nh y sóng h l u đê quai th

Hình 3.7a: Quan h l u l

ng và v n t c .................................................................63

Hình 3.8: S h a dòng ch y qua đê quai th
Hình 3.9:

ng ...................................................61
ng l u ................................................64

ng quan h Q = f 1 (Z h ) và m = f 2 (Q x ) ...........................................65

Hình 3.10: T m bê tông côt thép gia c mái h l u đê quai TL ...............................66
Hình 3.11: T m bê tông c t thép gia c mái h l u đ p ..........................................67
Hình 3.12: S h a c t d c công trình d n dòng .......................................................69
Hình 3.13: S đ m t c t đo m c n
Hình 3.14: N

c, v n t c ......................................................71

c nh y ng p h l u đê quai th

ng .................................................73


1


l

ng mùa l l n hàng ch c, hàng tr m l n l u

ng mùa ki t, n u dùng c ng (tuynen) x l mùa ki t cho mùa l thì ph i làm

nhi u c ng t n nhi u kinh phí.
Do đó các đ p l n, kiên c xây d ng b ng v t li u đá đ , bê tông đ m l n
đang đ

c áp d ng r ng rãi, m ra m t h

ng phát tri n cho gi i pháp x l thi

công qua đ p đ p d , giúp gi m quy mô và chi phí cho công trình d n dòng thi
công.
Trong giai đo n d n dòng này th
l ul

ng l , l u l

ng còn l i đ

ng s d ng tuynel d n dòng x m t ph n

c x qua đê quai đá đ ho c qua đ p đá đ đang

đ pd .
Tuy v y, kinh nghi m thi t k c ng nh các quy ph m, ch d n thi t k v v n
đ này còn h n ch , ch a đ


•

X l thi công qua c ng (tuynel) và đê quai th
ngh a là cao trình đ nh đê quai th

ng l u ch u l c là chính,

ng l u cao h n cao trình đ nh đo n đ p đá đ

đ p d và đê quai h l u.
S đ 2 (k ch b n 2)

•

X l thi công qua c ng (tuynel) và đo n đ p đá đ đ p d ch u l c là chính,
ngh a là cao trình đ nh đo n đ p đá đ đ p d cao h n cao trình đ nh đê quai th

ng

l u và đê quai h l u.
Lu n v n nghiên c u theo s đ 1.
X l thi công qua c ng và đê quai đá đ ch u l c là chính, ngh a là cao trình
đ nh đê quai đá đ cao h n cao trình đ nh đ p đá đ và đê quai h l u.
có nh ng đánh giá xác th c và tính toán d n dòng thi công h p lý trong
th c t xây d ng các công trình th y l i, th y đi n. Xu t phát t ý ngh a th c ti n
trên h c viên l a ch n đ tài: “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp
gia c khi x l thi công qua đê quai b ng đá đ ”.
2. M c tiêu c a


- Nghiên c u tài li u h

ng d n, ph

ng pháp tính toán d n dòng thi công qua

đ p đang thi công và c ng, t các tài li u thu th p trong và ngoài n

c.

- Tính toán lý thuy t.
- Thínghi m mô hình th y l c.
4. K t qu d ki n đ t đ

c:

- Xác đ nh các y u t th y l c v i các tr

ng h p x l thi công khác nhau v i

các cao trình đ nh đê quai khác nhau.
- Xác đ nh gi i pháp gia c v i các tr

ng h p x l thi công khác nhau.


4

II.



i ta

ng ph i thi t k c ng ng m có nhi u khoang (công trình Núi C c, K G , Yên

L p, Tuyên Quang, B n Chát, Bình i n,

ng Nai...). Khi thi công xong, ng

hoành tri t và ch đ l i m t khoang đ d n n

ct

i ta

i lâu dài, các khoang đã hoành

tri t s tr thành các hành lang ki m tra và s a ch a (B ng 1.1 nêu m t s c ng d n
dòng).
B ng 1.1: M t s c ng d n dòng
L u
TT

l

Tên công trình

ng x

S c ng và


2x(5x9)

P 10% ki t

581

3x(5x7)

P 5% ki t

1410,8

3x(5x9)

P 5% ki t

361

1x9(D=9m)

P 5% ki t

3
4
5

C ng d n dòng thu đi n Sông
Tranh 2
C ng d n dòng thu đi n B n V

3x(5x7)

P 5% ki t


5

( Ngu n: Thí nghi m mô hình th y l c các công trình th y đi n, th y l i –
Vi n khoa h c th y l i (2002-2007)).
D n dòng qua c ng v mùa ki t thu n l i, nh ng vào mùa l (l u l

ng l n)

chênh l ch v i mùa ki t kho ng vài ch c t i vài tr m l n, c ng làm vi c v i ch đ
th y l c ph c t p, n u x v i l u l
d n dòng thi công t ng. Do đó th

ng l n thì s c ng t ng lên nhi u, kinh phí cho
ng k t h p x l thi công v i công trình khác.

1.1.2. D n dòng qua tuynen
Tuynen đ

c dùng làm công trình d n dòng trong đi u ki n sông mi n núi,

lòng sông h p, vách đá d c, l u l

ng l n mà không áp d ng đ

d n dòng qua kênh. Vi c tính toán thi t k t


Tên công trình

l

ng

tuynen
1

KaxôraBassa,
MôZ mbích

R ng, cao ho c
đ

ng kính (m)

L ul

ng

(m3/s)

2

16x16

4500


Axuan, Ai C p

6

15

11000

6

Trikuasen, Mêhicô

2

13x13

4500


6

S
STT

l

Tên công trình

ng


Toktogul, Liên Xô

8

Tarbela, Pakistan

9

Naika, Canađa

2

13,7

4250

10

Xirikit, Thái Lan

2

13,5

4500

11

ElKakhon, Honđurat


1

11x10

3200

15

Trivor, Kolômbia

1

10,35x10,35

2800

16

Môrnôs, Hi L p

1

9,6 9,6

1350

18000

( Ngu n:
tài nghiên c u H L.2012 – G/39 – Vi n khoa h c th y l i Vi t

ho c đ p đá đ ) đang thi công.
1.1.3.1. D n dòng qua lòng sông thu h p
ây là ph
nh .

ng pháp đ

c dùng r t ph bi n khi thi công các công trình v a và

u tiên, vào mùa khô, đ p đê quai th

ng l u, đê quai d c và đê quai h l u


7

đ thi công m t ph n công trình chính và công trình d n dòng cho đ t 2 (t t c đ
g i là công trình đ t 1). Mùa l dòng ch y đ

c d n qua ph n lòng sông thu h p và

ti p t c thi công công trình đ t 1 trong ph m vi đ
1.1.3.2. D n dòng qua khe r ng l
Khe r ng l
ch y đ

c th

ng đ


- Vi c l p khe r ng l

c r t ph c t p.

1.2. T NG QUAN V X L THI CÔNG QUA
CÔNG (

PD )

P Á

ANG THI

TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM.

1.2.1. TRÊN TH GI I
Nh ng con sông l u l
l ul

ng r t nh . L u l

ng v mùa l r t l n và v đ t ng t. Còn v mùa khô
ng v mùa ki t nh h n l u l

ng mùa l hàng tr m

th m chí hàng nghìn l n.
Nói chung khi xây d ng các đ p b ng đ t, đá; n
tuynel t m th i ho c qua các c ng đ t
dùng đ tháo qua l


c áp d ng vào vi c xây d ng các công trình th y l i,

c trên th gi i nh : Úc, Nga, Trung Qu c...


8

T n m 1930 tr l i đây nhi u ph
n

c tràn qua đ

ng pháp b o v đ p đ t đá kh i b xói khi

c nêu ra và áp d ng. Kinh nghi m thi t k , thí nghi m và xây

d ng đ p đá đ đã kh ng đ nh kh n ng cho phép n
Tuy v y ph
và ch a đ

ng pháp tháo n

c tràn qua đ p đang thi công.

c thi công qua đ p đá đ xây d ng d t

c đ c p nhi u.

V n đ v t c đ xói cho phép do dòng m t gây ra khi n

n đ nh c a hòn đá n m trên m t v i ph

ng pháp thi công th đá

ch n dòng l p sông.
Theo tác gi quan h v n t c dòng ch y v i đá b o v th hi n qua quan h
Vmax = 1, 2. 2 g .(

γ da − γ n
). D
γn

Vmin = 0,86. 2 g .(

γ da − γ n
). D
γn

(1.1)

(1.2)

Trong đó:
γ da – Dung tr ng c a đá, γ da =2.6-2.7 t n/m3
γ n – Dung tr ng c a n

c, γ n =1 t n/m3

b.Nghiên c u x l thi công qua đ p đá đ đ p d ( Liên Xô c )
M đ u


s t ng lên.

Hình 1.1:L a ch n b trí công trình tháo trong công trình đ u m i.
1-

ng h m thi công tháo l ; 1’- đ

2-Công trình tháo bên b (d c n

ng h m thi công tháo n

c mùa ki t;

c); 3- công trình tháo lòng sông (có l x đáy);

4- đ p đá đ xây d ; 5- đ p đã xây xong.
Khi thi t k đ p trên các sông có l l n, kích th

c c a các đ

công t m th i nhi u khi l n đ n m c c n ph i xem xét ph
tháo c đ nh trong các đ

ng h m thi

ng án b trí công trình

ng h m thi công 1 ho c trong lòng sông 3 đ tr



c vi c ph i

c vi c xây công


10

trình tháo c đ nh trên lòng sông (3) mà ch c n b trí t i nh ng cao trình th p m t
đ

ng h m nh ho c c ng d n n

nh l x đáy ho c c a l y n
đ

c (1’). C ng d n n

c này v sau có th s d ng

c. Trong th i gian xây d ng công trình, nó ch y u

c s d ng đ tháo các l u l

ng nh vào mùa ki t.

tháo nh ng l u l

ng l



c (2) c ng

c nâng đ n nh ng

ng ch ng th m ch a hoàn thành, và vì lý do

c thoát qua thân đ p đá đ .

ng pháp tháo l thi công tràn qua đ p xây d là m t ph

ng pháp t

ng

đ i m i và ch a đ c p nhi u. Tuy nhiên trong m t s đi u ki n thu n l i, ph

ng

pháp này đã đ

c

Toktogun…Trong t

ng d ng nh
ng lai,

đ p Karachunovskaya,th y đi n Nurek,



Qua thí nghi m và th c t thi công m t s công trình đã rút ra k t lu n: Gia c
b ng đá c l n (d=1,50m) nh ng v n không n đ nh khi x l thi công l n và thi
công khó kh n. Do đó Liên Xô c đã khuy n cáo không nên áp d ng đá có kích
th

c l n gia c mái h l u đê quai h l u hay đ p đá đ xây d .
+ Gia c mái b ng t m bê tông nguyên kh i không đ m b o vì t m s b phá
ho i b i ph n l c, lún không đ u gây n t gãy t m bê tông.
+ Gia c mái b ng các t m l p ghép có l (hình 1.3b) có th áp d ng đ

c,

nh ng vì h s ma sát gi a t m và mái đá đ nh (k=0,6÷0,7), các t m đ t trên
mái t

ng đ i d c s không n đ nh ch ng tr

đ ng th i xem xét thêm các bi n pháp ng n tr
s đ t lên. Gia c mái b ng các t m l
trong tr

ng h p này.

t, vì th mái đ p c n làm tho i,
t cho t m, d n đ n gia c mái

n sóng là gi i pháp d ch p nh n h n c



c có tính

c có đ d c l n.

c không x y ra vì các d i l

này khá h p và trong các d i này còn có c t thép.
+ Gia c mái b ng các khiên và d m có neo. T m có neo đ

c làm t các d m

g ho c bê tông c t thép ghép l i v i nhau, s p x p d c theo dòng ch y. Khi
áp d ng trên các công trình x t m th i, các t m này có th làm đ n gi n h n.


13

Thay cho các t m, ng

i ta s d ng các d m g ho c bê tông c t thép riêng r ,

s p x p trên mái theo ph

ng vuông góc dòng ch y.

+ B o v ch ng xói b ng cách b trí công trình dâng n

c trên mái h

(hình1.4b).

14

công trình đang xây d ng cao 35m ∼ 175m, trong đó v m t d n dòng thi công và
v

t l đã có nhi u kinh nghi m. Nh t là x l qua đ p đá đ đang thi công.

b.V ph

ng án d n dòng và v

tl

Th c ti n
Trung Qu c đ p đá đ b n m t th
nh sau: Mùa ki t đê quai ng n n

ng dùng ph

ng án d n dòng v

tl

c dùng tuynen d n dòng. Mùa l thì l i d ng

thân đ p đá đ đ p dâng cao đ n tiêu chu n quy đ nh đ ng n n

c.

Thân đ p là đ p đá đ b n m t, x l qua có hai hình th c

t l ; mùa l n m
cv

t l , nh

công trình Quan Môn S n, Tây B c Kh u, V n An Khê, Liên Hoa, Thiên Sinh
Ki u.
C ng có m t s công trình do b trí l c l

ng thi công, thi t b , ti n v n…,

sau khi ch n dòng qua hai mùa l , đ p chính m i đ p đ n cao trình thi t k ng n
n

cv

t l . Nh ng v t ng th mà xét, các h ng m c đ p b n m t, v c b n đ u

có th theo t ng ti n đ c a c m công trình đ u m i yêu c u và đáp ng đ

c các

h ng m c quan tr ng chung hay không, có k ho ch ti n hành xây d ng đ thu đ
hi u qu kinh t k thu t c n có.

c


15


(m)

C p

1

Môn

trình

D n

Sau ch n

d n

dòng

dòng l n m

dòng

đ tđ u

th I

0,81

1∼6,5×6,5



c)

(không tràn
n

t đá
n

(tràn n

p cao 6m

c)

(ng n

p cao 2m

5

c)

(ng n
n

Bình
Tây B c

IV

Tiêu chu n v

c)

IV

Ki t 20

m (tràn n
20m)

c

N m

N m

l p

hoàn

sông

thành

3/1986

1988

12/1986



16

p
TT Tên đ p

cao
(m)

4

Chu Th
Ki u

T ng
dung
tích
t (m3)

ê quai th

S Tuynen
kích
th

c(m)

ng



th I

t đá
78

2,78

1∼φ5,2

(ng n
n

p cao 61m
23

IV

Ki t 20

5

Can Câu

n

0,101

1∼4×4



1∼5,5×6,5

tông

t

ng ng n
c)

20

IV

Ki t 20

(không tràn
n

12,2

V

L 50

c)

( 50 ng n
n


>300
(ng n
c)
50
(ng n
n

p cao 8m

c)
Bê

th II

n

đ p xây
(tràn n

t đá
93,8

c)

L n m

X lý móng

bê
55

T ng
dung
tích
t (m3)

ê quai th

S Tuynen
kích
th

c(m)

ng

Lo i

Cao

đê

(m)

Tiêu chu n v

C p

t l th i k thi

công (n m)

n

p cao
16

IV

9

Vân

120

3,6

1∼7,5×9,2

(ng n
n

Ki t 10

c)
t đá

B ch

10

c)


c)

Tràn

c)

(ng n

ng n n

n

c)

16

IV

p cao 3m
(tràn n

c)

c 20

Ki t 20
L 10

>200


c)

100
(ng n
n

11/1993

c)

K ho ch
300 (ng n
n

c)

10/1994

ang
xây

ang
xây