L IC M

N

Lu n v n Th c s k thu t “Nghiên c u, đ xu t gi i pháp công trình nh m
t ng kh n ng thoát l và n đ nh lòng d n c a c u Khe Trí khi x l t H Ngàn
Tr

i” đã đ

c hoàn thành v i s c g ng c a b n thân và s giúp đ nhi t tình c a

phòng đào t o

i h c và sau

i h c, khoa Công trình, các th y cô giáo tr

ng

i h c Th y l i. Trong quá trình h c t p, nghiên c u và hoàn thành lu n v n tác
gi đã nh n đ
Tr

c nhi u s giúp đ c a th y cô và đ ng nghi p.

c h t tác gi xin g i l i c m n chân thành t i PGS. TS. Lê V n Ngh

đã tr c ti p h

ng d n ch b o t n tình trong quá trình th c hi n lu n v n này.


đ y đ theo quy đ nh. N u có gì sai trái tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m theo quy
đ nh c a nhà tr

ng.
Hà N i, ngày 20 tháng 11 n m 2013
H c viên

V n Th Kim Chung


M CL C
L I C M N ....................................................................................................................... - 1 M C L C ............................................................................................................................ - 3 Ch

ng 1. T NG QUAN ..................................................................................................... - 4 -

1.1. T ng quan v tình hình xây d ng c u
1.2. Di n bi n dòng ch y l

h l u tràn x l ..............................- 4 -

khu b thu h p ........................................................- 5 -

1.3. Các công trình nghiên c u t

ng t và k t qu ..............................................- 5 -

1.4. Gi i thi u v c u Khe Trí và h th ng Th y l i Ngàn Tr

i – C m Trang ... - 7 -


3.1.

c đi m lòng d n Khe Trí ...........................................................................- 44 3.1.1. i u ki n đ nh hình, đ a m o khu v c Khe Trí .................................. - 44 3.1.2. i u ki n đ a ch t vùng nghiên c u ................................................... - 47 3.1.3. i u ki n dân sinh, kinh t , xã h i ..................................................... - 48 -

3.2. Thi t l p mô hình th y l c m ng sông..........................................................- 50 3.2.1. Ph m vi mô ph ng .............................................................................. - 50 3.2.2. Tính toán th y l c c a dòng ch y khu v c c u Khe Trí hi n tr ng ... - 52 3.3. So sánh k t qu tính toán và thí nghi m mô hình .........................................- 55 3.4. K lu n ch

ng 3 ..........................................................................................- 58 -

Ch ng 4. PH NG ÁN C I T O C U KHE TRÍ B O D M THOÁT L KHI X
T H NGÀN TR I ...................................................................................................... - 59 -

4.1.

nh h

ng gi i pháp ....................................................................................- 59 -

4.2. Các ph ng án, gi i pháp đ xu t nghiên c u gi m m c n c th ng l u c u
Khe Trí .................................................................................................................- 59 4.3. K t qu tính toán th y l c khi lo i b m m đá (PA1) ..................................- 60 4.4. K t qu tính toán th y l c khi lo i b m m đá và n o vét đáy c u (PA2) ... - 64 4.5. K t qu tính toán th y l c khi m r ng nh p c u (PA3+4) ..........................- 68 4.6. So sánh k t qu tính toán và l a ch n gi i pháp ...........................................- 78 K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................................................ - 84 TÀI LI U THAM KH O .................................................................................................. - 86 -


PH L C B NG
B ng 2.1 Các t l d n trên mô hình ................................................................................... - 20 B ng 2.2 B ng v trí các m t c t và s th y tr c trên m i m t c t ..................................... - 25 B ng 2.3 L u l

ng trên các nhánh sông t i ngã 3 Ngàn Tr

B ng 2.4 Quan h Q~Z trên sông Ngàn Tr

i Khe Trí (m3/s) ................ - 28 -


ng ................ - 54 -

c (m) tính toán và thí nghi m mô hình.............. - 55 -

B ng 3.3 So sánh chênh l ch c t n

c (m) tr

c, sau c u tính toán và thí nghi m ........... - 56 -

B ng 3.4 So sánh chênh l ch c t n

c (m) tr

c, sau c u tính toán và thí nghi m ........... - 56 -

B ng 4.1 T ng h p giá tr cao đ dòng ch y (m) các c p l u l
B ng 4.2 T ng h p v n t c dòng ch y (m/s) các c p l u l

ng khi lo i b m m đá . - 62 -

ng khi lo i b m m đá ........ - 62 -

B ng 4.3 T ng h p các t n th t c c b (m) khu v c c u Khe Trí khi lo i b m m đá...... - 63 B ng 4.4 T ng h p giá tr cao đ dòng ch y (m) các c p l u l
B ng 4.5 T ng h p v n t c dòng ch y (m/s) các c p l u l

ng khi n o vét đáy c u . - 66 -

ng khi n o vét đáy c u ........ - 67 -

B ng 4.15 So sánh v n t c dòng ch y (m/s) l u l

ng l n nh t các ph

ng án................ - 80 -

B ng 4.16 So sánh v n t c dòng ch y (m/s) l u l

ng thi t k các ph

ng án ................. - 82 -

PH L C HÌNH
Hình 1.1 Các thông s k thu t công trình chính ............................................................... - 12 Hình 2.1 M t b ng b trí mô hình và v trí các m t c t đo ................................................. - 24 Hình 2.2 Quan h Q~Z trên sông Ngàn Tr
Hình 2.3

i, cách ngã 3 v i Khe Trí 150m ................... - 29 -

ng bi u di n quan h QTr~Zmax tr

Hình 3.1 Khe Vang, Khe Trí và m ng l

c C u .................................................... - 31 -

i sông su i trong vùng d án ............................ - 44 -

Hình 3.2 B n đ cao đ đ a hình lòng d n Khe Trí ............................................................ - 45 Hình 3.3 Ph m vi nghiên c u bi n hình lòng d n c a nhi m v t v n ............................. - 51 Hình 3.4 M ng sông tính toán ............................................................................................ - 51 Hình 3.5 Quá trình m c n

c, l u l


c, l u l

ng t i c u Khe Trí khi n o vét đáy c u .................. - 68 -

Hình 4.7 Quá trình m c n

c, l u l

ng t i m m đá khi n o vét đáy c u ........................ - 68 -

Hình 4.8 M t c t c u Khe Trí hi n tr ng và m r ng 1 khoang ......................................... - 69 Hình 4.9 M t c t c u Khe Trí hi n tr ng và m r ng 2 khoang ......................................... - 69 Hình 4.10 M c n

c, l u l

ng t i c u Khe Trí khi m r ng thêm 1 nh p ....................... - 73 -

Hình 4.11 M c n

c, l u l

ng t i m m đá khi khi m r ng thêm 1 nh p ....................... - 73 -

Hình 4.12 M c n

c, l u l

ng t i c u Khe Trí khi m r ng thêm 2 nh p ....................... - 77 -

Hình 4.13 M c n



c Ngàn Tr

i, t nh Hà T nh đ

c B Nông nghi p và Phát tri n

nông thôn phê duy t đi u ch nh, b sung D án đ u t xây d ng công trình t i quy t
đ nh s 424/Q -BNN-XD ngày 25/02/2010 và đang đ

c thi t k k thu t là công

trình th y l i l n nh t B c Trung b có dung tích h u ích 750 tri u m3 n
nhi m v cung c p n

ct

i cho kho ng 32585ha đ t canh tác nông nghi p, nuôi

tr ng 5991ha th y s n k t h p phát đi n, c p n
và dân sinh, gi m l và c i t o môi tr
đ

c cho các ngành công nghi p khác

ng sinh thái h du… Tràn x l Ngàn Tr

c đ t trên tuy n đ p ph c a h Ngàn Tr

Ngàn Tr


424/Q -BNN-XD ngày 25/02/2010 đã xác đ nh:
- Xây m i c u Khe Trí v i quy mô 3 nh p m i nh p dài 33m, thí nghi m mô
hình th y l c c u; tính toán m ng sông đ xác đ nh quy mô c u.
- D án H ch a n

c Ngàn Tr

i đang trong giai đo n Thi t k k thu t b n

v thi công, tuy nhiên vi c thi t k c u ch a đ

c th c hi n.

ph c v cho vi c


-2-

xác đ nh kh u đ c u, mô hình v t lý c u Khe Trí đã đ
v i ph

c thi t l p và thí nghi m

ng án hi n tr ng. Qua k t qu nghiên c u cho th y, c n thi t ph i m r ng

và nghiên c u gi i pháp kh c ph c và đ m b o an toàn cho công trình.
Vi c Nghiên c u xác đ nh chính xác kh u đ c u Khe Trí nh m đ a ra các
gi i pháp hi u qu nh m đ m b o kh n ng thoát l , n đ nh lòng d n và an toàn
giao thông là c n thi t và v n đ có tính th c ti n và khoa h c cao.

+ Cách ti p c n:
- Ti p c n t ng th : xem xét quá trình bi n đ i dòng ch y t i khu v c c u trên
t ng th v m t không gian và th i gian khi xem xét trên mô hình toán h c.
-Ti p c n chi ti t: Thông qua nghiên c u thí th c nghi m nh m đánh giá các
đ c tr ng th y đ ng h c t i khu v c c u.
- Ti p c n t các nghiên c u tr

c đó: Thông qua các tài li u, Giáo trình các

tài li u chuyên ngành …
- Ti p c n đa ngành: vì c u Khe Trí là công trình giao thông quan tr ng trên
đ

ng H Chí Minh đ

c thi t k theo tiêu chu n thi t k c u, l đ

c x qua h


-3-

Ngàn Tr

iđ

c tính toán theo tiêu chu n c a ngành thu l i, do v y c n có ti p

c n đa ngành đ gi i quy t bài toán h p lý ph c v c t t nh t cho l i ích xã h i.
+ Ph

c nh h

ng c a vi c x l t h Ngàn Tr

i đ n c u Khe Trí ;

- Các đ c tr ng thu đ ng l c h c c a khu v c c u hi n tr ng và các ph

ng

án c i t o, s a đ i, thi t k …
- Xác đ nh đ

c kh u đ c u và đ xu t các gi i pháp c i t o lòng d n và b o

đ m n đ nh lòng d n khu v c c u Khe Trí .


-4-

Ch

ng 1. T NG QUAN

1.1. T ng quan v tình hình xây d ng c u
H ch a n
n

h l u tràn x l


c

c sinh ho t, nuôi trông th y s n…

Khi xây d ng h ch a thì Tràn x l là h ng m c quan tr ng không th thi u
c a c m công trình đ u m i th y l i và th y đi n, nó có nhi m v x l
th a đ kh ng ch m c n

ng n

c

c cao nh t có th ch a trong h đ đ m b o an toàn cho

toàn b c m công trình.
th

Dòng ch y l sau khi đi u ti t tr l i trong h t o ra chênh l ch l n m c n

c

ng h l u trên đo n sông đó g i là z (Zh - Zh ), khi g p con l l n h n v

t

quá l u l

ng h ch a c n m c a đ p tràn đ tháo l u l

ng d xu ng lòng sông

ng đ

c thi t k t t thì

c tiêu hao t t, t i đa c ng ch t 60% ÷70% t ng n ng l

dòng ch y; ph n n ng l

ng d còn t i 30% ÷ 40% s đ

ng c a

c ti p t c tiêu hao trong

quá trình chuy n đ ng xu ng đo n lòng sông phía sau.
N ng l

ng d c a dòng ch y gây va đ p và t o thành sóng, s đ

c tiêu hao

d n trong quá trình lan truy n sóng xu ng h l u, do đó c u giao thông càng
Tràn x l thì đ d nh cao m c n

c càng l n,

g n

cách tràn x l càng xa thì đ d nh


Dòng ch y qua khu b thu h p s t o ra các xoáy n
h nđ n

hai bên tr

c l n nh chuy n đ ng

c và sau đo n b thu h p, nh ng xoáy n

c này tác đ ng đ n

v t c n gây xói l .
Dòng ch y có tính liên t c nên khi gi m nh ti t di n dòng ch y s làm t ng
l u t c trung bình và ng su t ti p đáy t i khu v c b thu h p
Vì dòng ch y có tính liên t c nên khi gi m nh ti t di n dòng ch y, s làm
t ng l u t c trung bình và ng su t ti p đáy trên đo n sông b thu h p. Vì th , khi có
s gia t ng l c đào xói
dòng n

khu v c thu h p dòng ch y thì s có các v t li u đáy b

c mang đi nhi u h n là đ

h xu ng, di n tích thoát n
gi m đi cho đ n khi đ t đ
n

c mang đ n t
ng su t c t đáy đ


ng t và k t qu

Tràn l sông Hinh n m 2006 th c hi n x l xu ng h l u đã xói trôi c u
giao thông b c qua sông Hinh cách v trí tràn x l kho ng 800m b trôi; do cao
trình m t c u th p h n m c n

c x l sau tràn;


-6-

Thí nghi m mô hình đ p tràn x l Tuyên Quang n m 2003 đã c nh báo c u
giao thông b c qua sông Gâm
v il ul

h l u công trình, khi th c hi n tràn v n hành x l

ng x l n h n t n su t l P(1%) thì chân tr c u có kh n ng b xói sâu

t i t 8÷10m và uy hi p m c u b trái n i v i đ
b ng p gây tr ng i cho vi c đi l i

ng d n đi vào th tr n Na-Hang,

hai b ; c u giao thông này cách công trình tràn

x l g n 1500m v h l u;
N m 1998 c ng d a trên k t qu thí nghi m mô hình th y l c đã th y rõ tình
hình th y l c


chân đ p, có sóng dao đ ng cao t 2.5-3.0m làm kéo

trôi các t m bê tông b o v m t mái n ng t i 24 t n; ngoài ra còn t o ra đ d c
ngang c a m t n

c gi a hai b , mà đ chênh l ch m t n

c t i 7-8m, gây s t l

cho hai b ;
N m 2006 k t qu thí nghi m mô hình th y l c c a tràn x l C a
cho th y sau khi x l l u l

t đã

ng x Q > 3400m3/s ch l u dòng ch y đi l ch sang

b trái đâm vào m c u b trái có th phá ho i m c u b trái và xói s t sâu vùng
m c u b trái t i g n 10m; đ ng th i sóng d nh cao h n b ph i t 0.5÷0.7m tràn
lên đ

ng d n vào c u phía b trái.

i u này đã đ

c nghiên c u thí nghi m mô

hình th y l c c nh báo. Song ch a chú ý gia c , nên tr n l n m 2007 th c hi n x
l thi công v i l u l


1.4.2.

i

a đi m xây d ng
Công trình đ u m i Ngàn Tr

c u Ngàn Tr
xã H

c Ngàn Tr

ng

i trên đ

iđ

c xây d ng trên sông Ngàn Tr

ng H Chí Minh kho ng 0.5 km v phía th

i cách

ng l u thu c

i huy n V Quang, t nh Hà T nh.

1.4.2.1. M c tiêu, nhi m v c a d án
Theo công v n s : 1037/UBND-NL2 ngày 26/5/2006 c a U Ban Nhân Dân

i cho 32585 ha đ t canh tác (trong đó vùng t

i tr m b m Linh

C m 21452 ha, ven Sông Nghèn 3606 ha, huy n V Quang 491 ha, huy n H
S n 4187 ha, huy n Nghi Xuân 2849 ha) thu c các huy n
L nh, Can L c, Th ch Hà, Nghi Xuân, V Quang, H

La.

ng

c Th , T.T H ng

ng S n t nh Hà T nh.

C pn

c sinh ho t, ch n nuôi cho các huy n Th Trên.

Môi tr

ng, c p n

c các tháng mùa c n cho h l u sông Ngàn Sâu và sông


-8-

C pn


ct

i cho di n tích 32585 ha đ t canh tác v i t n su t,

c sinh ho t, ch n nuôi và công nghi p, th y s n, môi tr

ng, đ m

b o t n su t P = 90%.
Phát đi n: theo t

i (không có dung tích dành cho phát đi n, Wth

yđi n=

0).

1.4.2.3. Quy mô và gi i pháp k thu t công trình chính
a.

p chính t o h
Xây d ng m t đ p b ng v t li u đ a ph

H

ng

ng ng n sông dài 342 m đ t t i xã


n

c b ng đá xây.
T i cao đ 16.50m (cao h n m c n

tiêu n

c l thi t k

h l u) b trí đ ng đá

c h l u b ng đá h c.
Kh i ch ng th m đ

c b trí

gi a thân đ p và đ p b ng l p đ t 2A, có h

s th m nh .
N i ti p gi a kh i ch ng th m v i kh i gia t i h l u là thi t b tiêu n
b ng cát, g i là ng khói tiêu n

c

c.

ng khói cát dày 3.00m, nghiêng m t góc kho ng 640 so v i ph
(mái d c 1:0.5). Thành ph n h t c a cát tiêu n

c đ


c xác đ nh theo đi u ki n đ m b o an toàn ch ng

th m c c b t i m t ti p xúc gi a đ p và n n, chi u r ng chân khay l n nh t là 16m.
b.

p ph
V trí đ t

sông Ngàn Tr

yên ng a phân thu gi a sông Ngàn Tr
i, cách đ

ng HCM kho ng 4.5 km và

i và Khe Trí

b ph i

hai bên tràn x l .

Hình th c là đ p bê tông tr ng l c, cao trình đ p 56.5 m
p dài kho ng 120.0m, chi u cao l n nh t kho ng Hmax = 41.0 m.

nh đ p

r ng 7.0m. Ch ng th m qua n n b ng khoan ph t v a xi m ng.
pđ


khe su i; đáy

c v i đ d c i = 7.1%, chuy n ti p xu ng b

c dài 23m có đ d c mái m = 3.

ng l u: dài h n 200m, m t c t hình thang k t h p v i lòng

cao đ +24.0m, +30.0m và +44.0m, b bên trái có m = 2, b bên

ph i có m = 2.5. R ng 100.8m đ

c gia có b ng BTCT và có đ d c là 5.71%.

u tràn: Dài 14.7m d ng th c d ng WES b ng BTCT, cao đ ng
+48.60m. Chi u r ng ng
7 khoang, kích th

ng tràn là 100.8m, ph n tràn có n

ng x là

c là 84m chia ra làm

c m i khoang (bxh) là (12x3.4m). Cao trình đ nh tr pin là

+57.80m;
D cn

c: dài 140m, r ng 100.8m, đ d c I = 7.1%, b ng BTCT M250 dày

- 11 -

o n kênh chuy n ti p đ

c n i t cu i bê tiêu n ng đ n đ u kênh x : dài

310m, có m t c t hình thang; h s mái m = 2 đ

c chia ra làm 4 đo n. K t c u

b ng BTCT M200.
Kênh x h l u (có d ng thu h p d n - b r ng m t c t ti p giáp v i ph n đ u
m i công trình là 100.8m, b r ng m t c t cu i kênh là 53m): N i ti p v i đo n
kênh chuy n ti p sau tiêu n ng có chi u dài là 700m; m t c t hình thang; đáy

cao

trình +30m, b r ng 53m, h s mái m = 2. Gia c b ng BTCT M200 đ n c +40m.
1.4.2.4. Công trình l y n

c s 1 – Tuynel x l thi công.

Xây d ng m t tuy n ng l y n
Xây d ng đ

ng h m l y n

c ph c v cho các nhu c u

c đ t t i vai trái đ p chính, t i c a vào v i


ng lên xu ng đ vào đ

ng

h m (sau khi k t thúc d n dòng, đ

ng h m tr thành hành lang ki m tra). T i c a

ra đ

ng d n chính có k t c u b ng BTCT M200 bên

ng ng thép đ

cn iv iđ

trong lót thép dày 10 ly và đ

c chia làm 4 nhánh trong đó, 3 nhánh v i đ

ng kính

m i ng D1=2.2 m d n vào nhà máy th y đi n còn 01 nhánh v i đ

ng kính

D2=3.0 m d n th ng ra h l u nhà máy có nhi m v d n n
máy th y đi n ng ng ho t đ ng đ b o d
đ


cđ

ng S n.

ct

i cho H

c ph c v t

i cho 4678 ha đ t canh tác c a

ng kính D=2 m. Cao trình ng

ng ng đ

c

t t i eo núi bên vai trái đ p chính, hình th c

c ng b trí van s c b ng van ph ng có kích th
th y l c. Cu i đ

ng s n và V Quang đ

ng c a vào +20m, th

ng l u


Nhi m v chính

Tuy n
C p công trình

nv

Quy mô công trình
- Khai thác m s t Th ch
Khê v i l u l ng kho ng Q
= 6.0 m3/s và các khu công
nghi p khác.
- T i kho ng 32585 ha đ t
canh tác nông nghi p
- Nuôi tr ng 5991ha th y
s n
- K t h p phát đi n v i công
su t l p máy kho ng 15MW.
- C p n c cho các nghành
công nghi p khác và dân
sinh.
Vùng tuy n I (H l u)


- 13 -

H ng m c
Công trình đ u m i
T n su t thi t k
L Thi t K


ng l
ng l
ng l
ul
ul
ul
ul
ul

ng dòng ch y đ n 85%

ng n c dùng
ng l TK p = 0,5%
ng l KT p = 0,1%
ng l TK p = 0,5 %
ng l KT p = 0,1 %
ng d/dòng mùa l p=0,2%
ng d n dòng mùa l p =1%
ng d n dòng mùa l p= 5%

H ch a
MNDBT
MNLNTK P = 0,5%
MNLNKT P = 0,1%
MNC

Dung tích toàn b (Wtb)
Dung tích h u ích (Whi )
Dung tích ch t (Wc)

5530.0
4233.0
2905.0

m
m
m
m

+ 52.00 m
+ 54.64 m
+ 55.86 m
+ 25.00 m

m3
m3
m3
m2

m
m

775.70x106 m3
704.00x106 m3
71.70x106 m3
43.10
đi u ti t nhi u n m

dâng n c t o h
đ p đ t đá nhi u kh i

Chi u cao l n nh t Hmax
H s mái th ng l u m
Cao trình c th ng l u
Chi u r ng c th ng l u
Gia c b o v mái th ng l u
H s mái h l u m
Gia c b o v mái h l u
Tràn x l

nv
m
m
m

m

m

m

đ p đ t đá
nhi u kh i
m
m
m
m
m

m



L ul

ng x KT p = 0.1% Qkt

m3/s

m t c t th c d ng Ôphixêr p,
tiêu n ng đáy
3129

L ul

ng x TK p = 0.5% Qtk

m3/s

2464

m

80.0 m

Hình th c tràn

Chi u r ng ph n thân tràn 7 c a


- 15 -


- Cao trình c a vào tuy nen
m
- Chi u dài tuy nen
m
ng kính tuy nen
m
Giai đo n qu n lý khai thác
- L u l ng t i thi t k Qtk
m3/s
- L u l ng đ m b o MT Qmt
m3/s
- Cao trình c a vào
m
- S l ng x kích th c c a vào nx(
m
BxH)
- Chi u dài đ ng ng áp l c
m
ng kính đ ng ng áp l c
m
ng kính hành lang qu n lý
m
- /kính van côn h l u ng áp l c
m
Nhà máy th y đi n
Hình th c
Công su t l p máy

MW




- 16 -

S t máy

H ng m c

nv

Ch đ làm vi c
Công trình l y n c s 2 (TN2)
Ch đ làm vi c
L u l ng thi t k Qtk
Cao trình c a vào
ng kính tuy nen
Chi u dài tuy nen
C a v n hành
C u Khe Trí xây m i
S nh p x chi u dài m t nh p
Kh c u

Quy mô công trình
03 t
phát đi n theo t i

m /s
m
m
m

mb oc pn

ct

i cho di n tích 32.585 ha đ t canh tác v i t n su t,

P=75%,
− C pn

c sinh ho t, ch n nuôi và công nghi p, th y s n, môi tr

b o t n su t P = 90%.

ng, đ m


- 17 -


- 18 -

Ch

ng 2. K T QU THÍ NGHI M MÔ HÌNH TH Y L C C U
KHE TRÍ HI N TR NG

2.1. Mô hình hóa thí nghi m
2.1.1. M c tiêu nghiên c u thí nghi m mô hình
Nghiên c u thí nghi m mô hình c u Khe Trí nh m:
- Xem xét kh n ng thoát l c a c u khi l u l

ng qua tràn, ng v i m i tr

ng h p m c n

ng b i quá trình x l u

c thí nghi m cho các ph

ng án ta

ti n hành nghiên c u các n i dung:
- Nghiên c u đ

ng m t n

c trên đo n sông phía tr

- Xác đ nh sóng trên sông và hai b

c và sau c u.

ng v i các ch đ x l khác nhau trong

đo n sông có c u.
- Xác đ nh ch đ thu l c dòng ch y trên đo n sông, khu v c tr
c u giao thông v i các t h p l u l

ng và m c n

c và sau