B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

B

NÔNG NGHI P VÀ PTNT

I H C THU L I

TRI U HÙNG C

NG

NGHIÊN C U KH N NG KHÍ TH C VÀ GI I PHÁP
PHÒNG KHÍ TH C TRÊN D C N
NG TRÀN H

CH A N

LU N V N TH C S

HÀ N I, N M 2015

C, ÁP D NG CHO
CC A

T

Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y
Mã s : 60-58-02-02

NG

IH
NG

NG D N KHOA H C
IH

1. GS.TS. NGUY N CHI N

NG D N KHOA H2. PGS. TS. NGUY N TRUNG VI T

HÀ N I, N M 2015


L IC M

N

Sau th i gian nghiên c u, th c hi n, tác gi đã hoàn thành lu n v n
th c s k thu t chuyên ngành xây d ng công trình th y v i đ tài: “Nghiên
c u kh n ng khí th c và gi i pháp phòng khí th c trên d c n
cho đ

ng tràn h ch a n

cC a

xây d ng Th y L i Thanh Hóa, b n bè, đ ng nghi p và gia đình đã nhi t tình
giúp đ tác gi trong th i gian h c t p và th c hi n lu n v n này.
Do còn h n ch v trình đ chuyên môn, c ng nh th i gian có h n,
nên trong quá trình th c hi n lu n v n, tác gi không tránh kh i nh ng sai sót.
Tác gi mong mu n ti p t c nh n đ

c ch b o c a các th y, cô giáo và s

góp ý c a các b n bè đ ng nghi p.
Tác gi xin chân thành c m n!
Hà N i, ngày 17 tháng 8 n m 2015
Tác gi lu n v n

Tri u Hùng C

ng


L I CAM OAN
Tác gi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a b n thân tác
gi . Các k t qu nghiên c u và các k t lu n trong lu n v n là trung th c,
không sao chép t b t k m t ngu n nào và d
tham kh o các ngu n tài li u đã đ

i b t k hình th c nào. Vi c

c th c hi n trích d n và ghi ngu n tài li u

tham kh o đúng quy đ nh.
Hà N i, ngày 17 tháng 8 n m 2015


ng 1.................................................................................................21
S

LÝ THUY T V

TÍNH TOÁN KHÍ TH C TRÊN

C .................................................................................................... 22

2.1. Khái ni m v khí hóa và khí th c........................................................................22
2.2. Ki m tra khí hóa trên d c n

c ...........................................................................25

2.3. Ki m tra khí th c trên d c n

c..........................................................................37

2.4. Các gi i pháp phòng khí th c trên d c n
2.5. K t lu n ch
CH

ng 2.................................................................................................44

NG 3: NGHIÊN C U KH

TRÊN D C N
3.1. Các y u t


C C A

NG

T ........................................................... 66
cC a

t ....................................................66

4.2. Các thông s tính toán đ ng tràn h ch a n

cC a

t...............................72


4.3. Ki m tra kh n ng khí hóa, khí th c trên d c n
4.4. Gi i pháp phòng khí th c cho d c n
4.5. K t lu n ch

c ..........................................72

c.............................................................79

ng 4.................................................................................................87

K T LU N, KI N NGH .............................................................................. 88
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................... 90
PH L C 1 - CÁC B NG TÍNH TOÁN KHÍ HÓA, KHÍ TH C ............... 91
PH

ng h m x n
đ

c Núi C c .................... 12

c ......................................... 13

ng x có áp c a tr m th y đi n Vonga ... 13

Hình 1.6: Xâm th c khí th c các tr pin c a bu ng van đ

ng h m ............. 14

Hình 1.7: Xâm th c khí th c t i khe van hình ch nh t ................................. 15
Hình 1.8: Xâm th c khí th c t i đ p tràn Miranda ......................................... 15
Hình 1.9: Xâm th c khí th c m t tràn c a đ p bê tông tr ng l c .................. 16
Hình 1.10: Xâm th c khí th c các m tiêu n ng (a) và m phân dòng (b) .... 17
Hình 1.11: B trí h th ng ng d n khí trên tr pin đ p tràn......................... 19
Hình 1.12: B trí TBTK trên đ p tràn............................................................. 19
Hình 1.13: B ph n ti p khí trên đ p tràn ....................................................... 20
Hình 1.14: Quan sát tr n khí trên b m t d c tràn khi có TBTK ................... 20
Hình 2.1: S hình thành đu c khí ................................................................... 22
Hình 2.2: Các giai đo n khí hóa dòng ch y qua b c l i ................................. 25
Hình 2.3: Các d ng ch y đ c tr ng trên d c n

c .......................................... 31

Hình 2.4: Xác đ nh h d v i đ d c không l n (i ≤ 8%) ................................... 34
Hình 2.5: Xác đ nh h d v i đ d c l n (i > 8%) .............................................. 35
Hình 2.6: Bi u đ quan h ξ 1 = f (y/∆); ξ 2 = f(δ/∆); δ/∆ = f (L/∆) ................ 36


Hình 4.3: S đ b trí các b ph n ti p khí .................................................... 81
Hình 4.4: S đ b trí m i h t......................................................................... 82
Hình 4.5: B trí m i h t và máng d n khí (BPTK) ......................................... 86
Hình PL2.1: Thí nghi m mô hình th y l c tràn ch a b trí BPTK .............. 101
Hình PL2.2: Thí nghi m mô hình th y l c tràn đã b trí BPTK .................. 101
Hình PL2.3: Th tr

ng Ph m H ng Giang quan sát mô hình TN th y l c

tràn ................................................................................................................. 102
Hình PL2.4: Ban QLDA th y l i 406 và Công ty t v n XDTL I quan sát mô
hình thí nghi m th y l c tràn ........................................................................ 102
Hình PL2.5:

ng tràn h ch a n

cC a

t nhìn t phía h l u ........... 103

Hình PL2.6:

ng tràn h ch a n

cC a

t nhìn t phía th

Hình PL2.7: C m công trình đ u m i C a


c áp l c khí tr i và cao đ ............................ 27

c áp l c phân gi i .............................................. 27

B ng 2.3: Các d ng m u g gh đ c tr ng và tr s K pg t
B ng 2.4: Chi u cao nhám t

ng đ

ng ng ............... 29

ng trên b m t c a m t s v t li u ...... 33

B ng 3.1: K t qu tính K ng v i Z m = 1cm .................................................. 52
B ng 3.2: B ng t ng h p quan h V cp = f(Z m , R b , h) ng v i Z m = 1cm ...... 58
B ng 3.3: B ng t ng h p quan h V cp = f(Z m , R b , h) ng v i Z m = 2cm ...... 59
B ng 3.4: B ng t ng h p quan h V cp = f(Z m , R b , h) ng v i Z m = 3cm ...... 60
B ng 3.5: B ng t ng h p quan h V cp ~Z m ng v i h = 2m ........................... 62
B ng 3.6: B ng t ng h p quan h V cp ~R b ng v i h = 2m ............................ 63
B ng 4.1: Các thông s k thu t c b n c a công trình.................................. 68
B ng 4.2: B ng tính đ

ng m t n

c trên d c n

c ...................................... 75

B ng 4.3: B ng ki m tra khí hóa t i các m t c t tính toán ............................. 78


Do m c đ quan tr ng và tính đ c thù c a công trình th y l i, nh ng
yêu c u v đ m b o an toàn và kinh t trong vi c tính toán thi t k , thi công
và qu n lý khai thác chúng đ t ra ngày càng cao. Nh ng yêu c u này càng c n
ph i đ

c đ c bi t quan tâm khi mà th i gian g n đây, môi tr

ng thiên nhiên

đã có nhi u bi n đ i, nh ng quy lu t v m a gió, dòng ch y... đã có nh ng
chuy n bi n b t l i h n đ i v i s làm vi c c a công trình.
Công trình x n

c là m t trong nh ng h ng m c quan tr ng nh t c a

h th ng th y l i, chính
thành r n. S t

đây đã di n ra s t

ng tác gi a dòng ch y và

ng tác đó đ c bi t là khi dòng ch y có l u t c l n h n s gây

ra nh ng h qu b t l i cho công trình nh m ch đ ng, sóng xung kích, hàm
khí, khí th c…, trong đó khí th c là m t trong nh ng v n đ c n đ

c u tiên


các công trình đã xây d ng c ng c n ph i ti n hành tính toán, ki m tra và

áp d ng các bi n pháp x lý khi c n thi t.
N i dung đ tài: Nghiên c u kh n ng khí th c trên d c n

c và bi n

pháp phòng ng a, áp d ng tính toán thi t k cho m t công trình c th là
đ

ng tràn h ch a n

cC a

t.

tài này s đ

c đ a ra nh ng đánh giá

v các v trí có kh n ng phát sinh khí th c trên d c n
thi n tình hình khí th c c ng nh phòng ch ng nó.

c và các gi i pháp c i
tài này có th là tài li u

tham kh o h u ích giúp cho k s thi t k có cái nhìn c n tr ng h n v khí
th c và có th

ng d ng tính toán thi t k cho các công trình t

n

c.

ng đ g gh c c b đ n kh n ng khí hóa trên d c

ng c a vi c ch n mác v t li u đ n kh n ng khí th c trên d c

- K t h p nghiên c u lý thuy t v i vi c tính toán áp d ng cho d c n
c ađ

ng tràn H ch a n
4. K t qu đ t đ

cC a

t.

c

- ánh giá t ng quan v h h ng đ
-T ph pđ

c

ng tràn do khí th c.

c các công th c tính toán ki m tra khí hóa, khí th c và

gi i pháp phòng khí th c trên d c n


t đ tính toán và thi t
c phù h p v i đi u ki n


4

CH

NG 1: T NG QUAN V TRÀN THÁO L VÀ NGHIÊN C U
KHÍ TH C TRÊN CÔNG TRÌNH TRÀN

1.1. T ng quan v xây d ng các công trình tháo l

Vi t Nam

1.1.1. Khái ni m và phân lo i
Trong đ u m i công trình thu l i h ch a n
trình nh đ p dâng, công trình l y n
các công trình đ tháo n

c, ngoài m t s công

c, công trình chuyên môn, còn ph i làm

c l th a không th ch a đ

c trong h , có lúc đ t

sâu đ đ m nh n thêm vi c tháo c n m t ph n hay toàn b h ch a khi c n


c trong h

b tk m cn

c

c nào, th m chí có th tháo c n h ch a. Lo i

này không nh ng đ dùng tháo l mà còn tu cao trình, v trí và m c đích s
d ng có th đ d n dòng thi công lúc xây d ng, tháo bùn cát l ng đ ng trong
h ch a ho c l y n

ct

i, phát đi n...

Tùy đi u ki n c th mà có th k t h p nhi u m c đích khác nhau trong
m t công trình tháo n

cd

i sâu.

2. Công trình tháo l trên m t th
cao trình c a ng

ng đ t

cao trình t


ng tràn d c,

ng h m...).

i v i t ng lo i đ u m i công trình thu l i, c n phân tích k đ c
đi m làm vi c, đi u ki n đ a hình, đ a ch t và thu v n, các yêu c u v thi
công, qu n lý khai thác đ ch n lo i đ

ng tràn thích h p [4].

1.1.2. Xây d ng h ch a và các công trình th y l i

Vi t Nam

a. Các công trình th y l i, th y đi n trên th gi i và Vi t Nam
T xa x a con ng

i đã bi t đ p đ p tr n

c, ch y u dùng cho sinh

ho t và nông nghi p. D u tích các đ p ít nh t t 3000 n m tr
đã tìm th y

c công nguyên

Jordan, Ai C p và vùng Trung ông. Nh ng t n a sau c a th

k XX, xây d ng đ p m i tr thành m t trào l u m nh m do nhu c u phát

c có ý ngh a quy t đ nh trong s phát tri n b n

c. L ch s hình thành và phát tri n c a dân t c Vi t Nam g n

li n v i s hình thành c a h th ng đê đi u ch ng l hàng ngàn n m v i h


6

th ng kênh r ch đ m mang vùng đ t m i, phát huy m t l i c a n

c, h n

ch m t h i đ t n t i và phát tri n. C ng chính nh l i th đó, m t n n v n
minh lúa n
vào

c đã hình thành t nghìn n m

ng b ng sông C u Long 300 n m tr

ng b ng sông H ng và di c
c đây.

Tuy v y, nh ng do đ c đi m l ch s mà s phát tri n c a các h th ng
đ u m i th y l i
T khi n

n


cC a

t, Th y đi n Hòa Bình, Thác

Bà, a Nhim, Tr An, Yaly, Yazun H , V nh S n, Thác M .
b.

c đi m đ

ng tràn c a m t s h ch a n

c đã xây d ng

G n li n v i các h th ng đ u m i th y l i nêu trên là các công trình
tháo l , làm nhi m v tháo ph n n

c l không th ch a trong h . Công trình

tháo l trên các h th ng đ u m i th y l i r t đa d ng. D
hình th c đ

i đây là m t s

ng tràn c a các h ch a đã xây d ng:

B ng 1.1: M t s công trình th y l i, th y đi n có quy mô v a và l n Vi t Nam
TT Tên công trình

1


20062010

p tràn+ x sâu
có c a van đi u
ti t, n i ti p b ng 28,76
d c n c+ m i
phun

167

38.240


7

TT Tên công trình

3

H N

c Trong

a đi m

N m
xây
d ng

Qu ng


p tràn có c a
van đi u ti t, n i 11,5
ti p b ng m i phun

60

10.500

4

Th y đi n
Hu i Qu ng

5

Th y đi n
B nV

6

Th y đi n
Bình i n

Th a
Thiên
Hu

20052008


20042009

16

75

13.300

23,82

55

11.600

15,6

120

20.090

18

70

6.050

5,05

30


11
12
13

H C a

t

Th y đi n
Sê San 4
Th y đi n
Plei Krông
Th y đi n
Rào Quán
Th y đi n
Sê San 3A

D c n c, m i
phun

Tràn d c có c a
2004van, TN b ng dòng
2012
phun
Gia Lai, 2004p tràn-m i phun
Kon Tum 2010
2003D c n c, m i
Kon Tum
2006
phun


Th y đi n
Sê San 3

Kon Tum

20022006

D c n c, m i
phun
p tràn-B tiêu
n ng


8

a đi m

TT Tên công trình

N m
xây
d ng

Hình th c tràn

H tràn
(m)

D c n c, m i

C n n

Bình
Ph c

20002004

105

17.570

D c n c, m i
phun

23

1.237

90

37.800

p tràn-B tiêu
n ng

19

Th y đi n Ialy

Gia Lai


các công trình tháo n

c

Vi t Nam

i v i các công trình tháo n

c có c t n

c cao thì các h h ng, s

c do xâm th c khí th c là đáng k nh t và trong lu n v n này c ng gi i h n
ph m vi nghiên c u
D

i đây là m t vài tr

trình tháo
-

ph n xâm th c khí th c các công trình x b ng bê tông.
ng h p v xâm th c khí th c trên các công

Vi t Nam trong th i gian g n đây:

p tràn Thác Bà:
p tràn Thác Bà b t đ u xây d ng vào n m 1971, m t tràn d ng


c h l u là 27,65m, dòng ch y trên b m t v n là

dòng ch y xi t, v i v n t c t i đáy b là 22,8 – 25m/s, do đó t i các m i phun
s sinh tách dòng t o chân không d n đ n khí th c. K t qu là m t sân tiêu
n ng giáp v i các m 5, 6 b bong tróc bê tông t 10 ÷ 20cm, tr c t thép d c,
c t thép ngang b đ t, các thành đ ng c a các m i phun th p h u h t d

i

chân b bóc r sâu 5 ÷ 10cm (hình 1.1). ây là h u qu c a xâm th c khí th c
do b m t có g gh c c b và đ

ng vi n c a các m i phun th p có c u t o

ch a h p lý [3].

Hình 1.1: Xâm th c m i phun cu i b
- H th ng đ p Bái Th
H th ng đ

đ p tràn Thác Bà [3]

ng – Sông Chu (Thanh Hóa)

c xây d ng vào n m 1920, hoàn thành n m 1926, trong h

th ng có đ p tràn tr ng l c ng n sông Chu đ dâng n
công trình d n n
đã xu t hi n


Tràn b t đ u kh i công t n m 1978, ki u ng
ti p sau là d c n
ng

ng tràn đ nh r ng, n i

c. Tháng 10/1983 tràn x v i l u l

ng tràn và d c n

ng 7000m3/s. K t qu

c b h h ng n ng. Trên m t tràn quan sát th y nhi u

ch l p v a xi m ng b bong ra, ch còn tr l i các hòn s i, nhi u ch tr c t
thép, có ch bê tông b xói sâu vào thành 0,2 ÷ 0,3m.
th c gây ra (hi n t

ng khí

ng này x y ra v i v n t c bình quân V= 15m/s) [3].

- Tràn x l h ch a n
Công trình đ

ó là do hi n t

c K G - Hà T nh:

c thi t k xây d ng t nh ng n m 1970 đ n n m 1979

c a B P = 3m, ki u đ p tràn th c d ng đi u ti t b ng c a van cung, v i l u
l

ng thi t k Q PTK = 296 m3/s.


11

Sau h n 20 n m khai thác s d ng, công trình đã phát huy t t các
nhi m v đi u ti t l

ng n

l . Qua đánh giá th c t thì

c trong h và x l

ng n

c th a v trong mùa

ph n m i phun đã xu t hi n hi n t

ng xâm

th c do khí th c, b m t m i phun xu t hi n các l v i chi u sâu t 2 – 3cm,
có ch sâu t i 5cm và đã b l c t thép ra ngoài (hình 1.2) [4].

Hình 1.2: Hi n t



ph n máng phun và m i phun (hình 1.3) [3].

ng xâm th c c a


12

Hình 1.3: Nhìn t h l u tràn x l (c ) h ch a n

c Núi C c [3]

1.2. Khí th c trên các b ph n công trình tháo l
1.2.1. Xâm th c khí th c các công trình x ki u kín (xi phông, đ

ng h m)

M t trong các s c nghiêm tr ng đ u tiên lo i này di n ra h n n a th
k tr

c đây t i công trình đ u m i Boulder (Hoa K ). T i đây l p lót và n n

đá c a m t đ
tháo n
l u l

ng h m x n

c qua đ


1966 đã x y ra s c xâm th c khí th c trên ph n cu i c a đ

ng h m dài.

công trình đ u m i Inphaynilo (Mehico), khí th c di n ra hàng n m
trong đó có nh ng n m gây h h ng r t n ng. N m 1964, khi tháo l u l
g n 2500m3/s qua m t đ
cong

ng h m trong vòng 36 ngày, t

ng

ng và đáy sau ch

m t đáy và hai m t bên đã b phá ho i trên chi u dài 30m, chi u sâu

t i 1,5m.
Xâm th c l p lót c a đ

ng h m Moutail (Hoa K ) là khá đ c tr ng.

Sau th i gian 30 ngày tháo l v i Q = 560m3/s, ph n đ
cong và đo n sau đó đã b phá ho i
chi u sâu khác nhau và v

đáy và t

ng h m



ng xâm th c khí th c khá l n xu t

c t i công trình nhà máy th y đi n Vonga (Nga).

1.2.2. Xâm th c khí th c các bu ng van c a c a van
T i công trình Tarbela (Pakistan) v i c t n
pin (hình 1.6) các đ

ng h m x l có đ

và bê tông c a b ph n ra c a đ
tích n

c 175m đã x y ra s c tr

ng kính 13,25m. L p lót kim lo i

ng h m c ng b phá ho i. Trong quá trình

c vào h ch a, khi đóng t t c a van cao 14,5m, m t trong s các

c a van ch h đ

c có 4,7m vì t m lót khe van b phá ho i.

ti n hành

công tác s a ch a đã bu c ph i tháo c n h ch a.



đ p Riverx (Pháp) (hình 1.7), chi u sâu h xâm th c đ t t i

10cm.

Hình 1.7: Xâm th c khí th c t i khe van hình ch nh t [3]
1.2.3. Xâm th c khí th c các đ p tràn và d c n
đ p Miranda (B
xâm th c khí th c bê tông
Sau đó ng

ào Nha) có c t n

c
c 74m (hình 1.8) đã x y ra

vùng giao nhau c a lu ng tràn m t và x đáy.

i ta đã quy t đ nh thay đ i hình d ng c a b ph n này và b c

b ng thép t m có chi u dày 10-20mm. Vi c s a ch a đã ti n hành t i 2 l n,
nh ng m i l n l p b c b bong ra là bê tông l i b phá ho i.

Hình 1.8: Xâm th c khí th c t i đ p tràn Miranda [3]


16

đ p tràn Bratxcaia (Nga), nguyên nhân gây xâm th c m t tràn là các
b c l i đ l i sau khi d c t pha và không đ

bi n pháp phòng khí th c khác.