Nghiên cứu thực nghiệm dẫn dòng qua đập bê tông đang thi công công trình thủy điện Sêsan 4

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẪN DÒNG QUA ĐẬP BÊ TÔNG<br /> ĐANG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÊSAN 4<br /> Dương Đức Tiến1<br /> <br /> Tóm tắt: Dẫn dòng thi công là công tác hết sức quan trọng trong xây dựng các công trình thuỷ<br /> lợi thủy điện. Xác định được biện pháp dẫn dòng thi công hợp lý là đảm bảo cho công tác thi công<br /> công trình đúng tiến độ, an toàn và giảm giá thành xây dựng.<br /> Với những công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn nếu theo các sơ đồ dẫn dòng thông thường thì qui<br /> mô các công trình dẫn dòng rất lớn tốn nhiều kinh phí. Do đó, lựa chọn sơ đồ xả lũ thi công kết hợp<br /> qua cống và đập bê tông đang thi công giảm đáng kể kinh phí xây dựng công trình dẫn dòng và<br /> công trình chính.<br /> Bài viết nêu tóm tắt kết quả nghiên cứu thực nghiệm xả lũ thi công qua đập bê tông đang thi<br /> công công trình thuỷ điện Sê San 4.<br /> Từ khóa: Dẫn dòng thi công; sơ đồ xả lũ thi công<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU - Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra: 0,02%<br /> 1.1. Các chỉ tiêu thiết kế chủ yếu: - Tần suất lưu lượng dẫn dòng thi công:<br /> - Công trình: Cấp 1 5,00%<br /> - Tần suất lưu lượng lũ thiết kế: 0,10% 1.2. Các thông số chính của công trình<br /> Bảng 1.Các thông số chính của công trình<br /> TT Thông số Đơn vị Trị số<br /> I Tuyến áp lực<br /> 1 Đập dâng nước<br /> - Cao trình đỉnh đập m 221,4<br /> - Chiều cao đập lớn nhất m 74,13<br /> - Chiều dài đỉnh đập m 850<br /> - Chiều rộng đỉnh đập m 10<br /> - Mái dốc thượng lưu 1:0,1<br /> - Mái dốc hạ lưu 1:0,8<br /> 2 Đập tràn xả lũ: Đập bê tông cốt thép<br /> - Số khoang tràn khoang 8<br /> - Chiều rộng thông thủy một khoang m 15<br /> -Cao trình ngưỡng tràn m 200,0<br /> 3 Số lượng n(BxH) 8(15x16)<br /> 4 Cao độ mũi phun m 171,50<br /> 5 Góc hắt của mũi phun,  độ 250<br /> 6 Khả năng xả (P=0.1%) m3/s 15,095<br /> 3<br /> 7 Khả năng xả (P=0.02%) m /s 17,980<br /> IV Cống dẫn dòng thi công<br /> 1 Số lượng cống 3<br /> 2 Dạng cống hộp, kích thước BxH m 5x7<br /> 3 Chiều dài m 79<br /> 4 Cao trình đỉnh cửa vào cống m 157<br /> 5 Cao trình ngưỡng cửa vào m 150<br /> <br /> 1<br /> BM Công nghệ & Quản lý xây dựng , Đại học Thủy lợi<br /> <br /> <br /> 128 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013)<br />  1.3. Sơ đồ dẫn dòng thi công mùa lũ: tương tự về nhám trên các bề mặt kết cấu công<br /> - Mùa lũ năm thứ ba: Lưu lượng dẫn dòng thi trình tiếp xúc với nước. Trong xây dựng mô<br /> công xả qua cống dẫn dòng và tràn xây dở ở  hình, chúng tôi chia ra 2 loại nhám chính để<br /> 166,00m, dài 178m chọn vật liệu:<br /> - Các cấp lưu lượng dẫn dòng thể hiện ở bảng 2 - Đối với bê tông rất nhẵn, chất luợng thi<br /> công cao như bề mặt đập tràn, cửa van, trụ<br /> Bảng 2.Các cấp lưu lượng dẫn dòng thi công<br /> pin… thì ở mô hình dùng kính hữu cơ có nm =<br /> TT Năm thứ ba 0,007 – 0,009.<br /> Q ( m3/ s) 6660 8140 - Đối với lòng sông tự nhiên, kênh đào… vật<br /> Tần suất (%) 5 5 liệu trong mô hình nm =0,014 – 0,017 dùng vữa<br /> Ghi chú Cống + tràn xây dở trát xi măng cát mịn được đánh bóng hay để<br /> +166,00m, b= 178m bình thường tuỳ từng vị trí.<br /> 2.2. Kết quả thí nghiệm mô hình:<br /> 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: Thí nghiệm dẫn dòng thi công gồm nhiều nội<br /> 2.1.Mô hình hoá: dung, chúng tôi chỉ nêu những vấn đề chính tới<br /> Để nghiên cứu tình hình thuỷ lực khi xả lũ thi diễn biến thuỷ lực khi xả lũ thi công, như: khả<br /> công qua cống và tràn xây dở, đã xây dựng mô năng tháo, vận tốc dòng chảy…của xả lũ thi<br /> hình lòng cứng, chính thái với tỷ lệ 1/100. Theo công năm thứ 3<br /> tiêu chuẩn tương tự về trọng lực (Froude). Phạm Mùa lũ thi công năm thứ ba, lưu lượng dẫn<br /> vi mô hình 22,00 x 9m. dòng xả qua cống và tràn xây dở ở cao trình<br /> Các vật liệu được chọn phải đảm bảo được 166.00m (hình 1).<br /> <br /> <br /> <br /> L =178 m<br /> 166.00 m<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1: Cống dẫn dòng và đoạn tràn xây dở<br /> (Ghi chú: (1) Cống dẫn dòng; (2) Tràn xây dở)<br /> <br /> a. Khả năng xả. Ho: cột nước trước đập<br /> - Khả năng xả qua tràn xây dở V 2<br /> Ho=H+ (m)<br /> Đập tràn làm việc như một đập tràn hình 2g<br /> thang chảy không ngập, lưu lượng xả qua tràn V: Vận tốc tại cửa vào đập (m /s)<br /> (Qđ) xây dở tính theo công thức: b: Bề rộng tràn; b=178 (m)<br /> Qđ = mb 2 g H03/2(m3/s)(1) Từ kết quả xác định khả năng xả trên mô hình,<br /> Trong đó: áp dụng các công thức (1) và (2) xác định được hệ<br /> Q số lưu lượng xả qua tràn xây dở (bảng 3)<br /> m: hệ số lưu lượng; m= (2)<br /> b 2 g H 03 / 2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013) 129<br />  Bảng 3. Hệ số lưu lượng xả qua tràn xây dở<br /> STT Lưu lượng qua tràn Mực nước hồ Mực nước Hệ số lưu lượng<br /> xây dở Q(m3/s) thượng lưu Zhồ (m) hạ lưu Zhl (m) (m)<br /> 1 3264,73 172,22 160,24 0,267<br /> 2 4075,81 173,21 160,82 0,267<br /> 3 5001,39 174,28 161,63 0,266<br /> 4 5807,05 175,13 162,04 0,266<br /> 5 6475,00 175,88 162,57 0,264<br /> <br /> - Khả năng xả qua cống:  : Diện tích mặt cắt ngang cống (m2)<br /> Cống chảy có áp, lưu lượng xả qua cống (Qc) Z : Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu<br /> tính theo công thức: cống (m); Z=Zvào- Zra<br /> Qc =  2 gZ (m3/s) (3) Từ kết quả xác định khả năng tháo trên mô<br /> Trong đó hình, áp dụng các công thức (3) và (4) xác định<br />  : Hệ số lưu lượng được hệ số lưu lượng  của cống (bảng 4)<br /> Q Xả kết hợp qua tràn xây dở và cống: Tổng<br /> = (4) hợp khả năng xả qua tràn xây dở và cống dẫn<br />  2 gZ<br /> dòng nêu ở bảng 5.<br /> <br /> Bảng 4. Hệ số lưu lượng xả qua cống dẫn dòng<br /> Lưu lượng Mực nước hồ Mực nước Cột nước h tại cửa<br /> Hệ số lưu<br /> STT qua cống thượng lưu Zhồ hạ lưu Zhl ra, tính từ đáy<br /> lượng <br /> Q(m3/s) (m) (m) cống (m)<br /> 1 1560,40 172,22 160,24 7,00 0,840<br /> 2 1656,59 173,21 160,82 7,02 0,860<br /> 3 1658,61 174,28 161,63 8,20 0,870<br /> 4 1660,15 175,13 162,04 9,20 0,875<br /> 5 1665,00 175,88 162,57 10,20 0,844<br /> Bảng 5. Khả năng tháo của tràn xây dở và cống dẫn dòng<br /> STT Lưu lượng qua tràn xây dở Q(m3/s) Mực nước hồ Mực nước<br /> thượng lưu Zhồ (m) hạ lưu Zhl (m)<br /> 1 4825,20 172,22 160,24<br /> 2 5732,40 173,21 160,82<br /> 3 6660,00 174,28 161,63<br /> 4 7467,20 175,13 162,04<br /> 5 8140,00 175,88 162,57<br /> <br /> Qua kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số lưu b. Tình hình thủy lực<br /> lượng của tràn xây dở hơi nhỏ, là so cửa vào -Tình hình thủy lực phía thượng lưu cống<br /> tràn không thuận có mỏm đá nhô ra (xem hình và tràn xây dở:<br /> 2) nên ảnh hưởng tới dòng chảy vào tràn tuy Do đập tràn xây dở và cống nằm trong khu<br /> nhiên với 2 cấp lưu lượng 6660 và 8140 m3/s thì địa hình phức tạp: 2/3 chiều dài đập nằm ngoài<br /> mực nước hồ đều thấp hơn tính toán khoảng 1m, phía hồ, còn 1/3 nằm giữa khe của 2 mỏm đồi A<br /> do đó khả năng xả lũ thi công là đảm bảo. và B cho nên dòng chảy từ hồ vào đập và cống<br /> <br /> <br /> 130 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013)<br /> bị tổn thất rất nhiều (hình 2). của cống:<br /> Cụ thể như sau: Khi tháo qua cống và đập Dòng chảy từ hồ chứa qua tràn và cống nối<br /> tràn xây dở lưu lượng: = 8140 m3/s, thì mực tiếp với dòng hạ lưu bằng nước chảy ngay tại<br /> nước hồ tại điểm cách đầu cống 85m là chân đập và cửa ra của cống, sau cống gia cố<br /> 175,88m, đến điểm cách đầu cống 40m còn bằng bê tông cốt thép nên không bị xói lở.<br /> 175,80m và đến đầu cống chỉ còn 175,30m, - Tình hình thủy lực ở chân đập và cửa ra<br /> giảm 0,58m so với mức ban đầu. Khi vào khe E, của cống dẫn dòng dưới hạ lưu:<br /> nằm giữa mỏm A và đập tràn xây dở, mực nước Do năng lượng dư thừa không được tiêu hao<br /> lại tiếp tục giảm 2,7m, mực nước là 172,9m. hết trong nước nhảy tại chân đập và cửa ra của<br /> - Tình hình thủy lực trên tràn xây dở: cống, cho nên sau nước nhảy còn hình thành<br /> Dòng chảy trên mặt đập không được thuận sóng lớn (xem ảnh 1 và 2), tuy nhiên chiều cao<br /> đường mặt nước không nằm ngang mà tăng dần sóng thấp hơn tường bên và đường giao thông ở<br /> từ phải sang trái. hạn lưu công trình.<br /> - Tình hình thủy lực tại chân đập và cửa ra<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ảnh 1. Tình hình thủy lực ở hạ lưu, Ảnh 2. Tình hình thủy lực ở hạ lưu,<br /> Q = 6660 m3/s Q = 8140 m3/s<br /> <br /> - Khu vực thượng lưu:<br /> Vận tốc nhỏ nhất của<br /> dòng chảy dưới lòng sông<br /> là 0,95 m/s, trung bình là<br /> 3,97 m/s và lớn nhất ở cửa<br /> vào cống là 7,90 m/s, đều<br /> nhỏ hơn vận tốc cho phép<br /> không xói của nền đá; do<br /> đó không gây xói lòng<br /> sông.<br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ họa mặt bằng<br /> dẫn dòng năm thứ 3<br /> (Ghi chú: A, B – núi; E,<br /> K – khe núi)<br /> <br /> <br /> KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013) 131<br />  Vận tốc nhỏ nhất của dòng chảy theo bờ trái 3. KẾT LUẬN<br /> (nhìn theo chiều dòng chảy từ thượng lưu về hạ Qua thí nghiệm các phương án xả lũ thi công<br /> lưu) là 2,34 m/s, trung bình là 2,73 m/s và lớn qua đập tràn xây dở và cống dẫn dòng công<br /> nhất là 3,97m/s đều nhỏ hơn vận tốc cho phép trình thuỷ điện Sêsan 4 có thể rút ra các kết luận<br /> không xói của đá. sau:<br /> - Trên trần cống (mặt đập tràn xây dở): 1. Dẫn dòng thi công đóng vai trò quan trọng,<br /> Vận tốc dòng chảy trên mặt đoạn tràn xây quyết định tới sự thành công trong xây dựng các<br /> dở: công trình thuỷ lợi thuỷ điện.<br /> Vận tốc nhỏ nhất của dòng chảy là 4,77 m/s, 2. Xác định được giải pháp dẫn dòng thi công<br /> trung bình là 8,32 m/s và lớn nhất là 11,24m/s hợp lý sẽ đảm bảo cho công trình thi công đúng<br /> đều nhỏ hơn vận tốc cho phép không xói của bê tiến độ, giảm giá thành xây dựng các công trình<br /> tông. dẫn dòng và công trình chính.<br /> -Khu vực chân đập và cửa ra của cống dưới 3. Một trong những sơ đồ dẫn dòng thi công<br /> hạ lưu: đối với các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn là<br /> Vận tốc nhỏ nhất tại chân đập là 4,88 m/s, xả lũ thi công qua cống dẫn dòng về mùa kiệt,<br /> trung bình là 9,47 m/s và lớn nhất tại cửa ra của xả lũ thi công qua cống dẫn dòng kết hợp qua<br /> cống là 18,59 m/s, đều nhỏ hơn vận tốc cho đập tràn xây dở, hoặc qua đập chính xây dở<br /> phép không xói của đá và bê tông. hoặc qua cả đập tràn và đập chính xây dở về<br /> -Khu vực từ sau chân đập về hạ lưu mùa lũ.<br /> Vận tốc nhỏ nhất của dòng chảy dưới lòng 4. Khi chọn sơ đồ xả lũ dẫn dòng kết hợp qua<br /> sông là 0,78 m/s, trung bình là 1,23m/s và lớn cống và đập tràn xây dở hoặc đập chính xây dở<br /> nhất là 1,13m/s, đều nhỏ hơn vận tốc cho phép cần xác định các thông số thuỷ lực cơ bản: vận<br /> không xói của nền đá phong hóa. tốc, mực nước, áp suất trung bình, mạch động<br /> Vận tốc nhỏ nhất của dòng chảy bên bờ trái, áp suất … để xác định kích thước các công trình<br /> dọc theo đường thi công vào cống dẫn dòng dẫn dòng hợp lý như cao trình đỉnh đê quai, kích<br /> (nhìn theo dòng chảy từ thượng lưu về hạ lưu) là thước cống dẫn dòng, bề rộng phần đập tràn xây<br /> 6,07m/s, trung bình đều là 7,51m/s và lớn nhất dở để xả lũ qua vật liệu gia cố … Muốn chính<br /> là 10,76m/s, đều nhỏ hơn vận tốc cho phép của xác thường thông qua thí nghiệm mô hình thuỷ<br /> bê tông gia cố và nền đá gốc. lực vì nhiều yếu tố tính toán chưa đề cập đầy đủ<br /> Từ sự so sánh vận tốc cho phép không xói được.<br /> với vận tốc của dòng chảy qua các bộ phận công 5. Qua thí nghiệm nghiên cứu thực nghiệm<br /> trình như đã trình bày ở trên cho thấy: chế độ thuỷ lực xả lũ thi công công trình thuỷ<br /> Lòng sông thượng, hạ lưu, cống, chân đoạn điện Sêsan 4 cho thấy:<br /> tràn xây dở+cửa vào của cống ở thượng lưu, Qua thí nghiệm xác định khả năng tháo,<br /> chân đập tràn xây dở+ cửa ra của cống ở hạ lưu vận tốc dòng chảy…đảm bảo an toàn cho công<br /> và cả đập tràn xây dở đều không bị xói, vì trình trong giai đoạn thi công. Đồng thời nêu<br /> chúng được hình thành từ đá gốc và bê tông có rõ chế độ thủy lực ở những vị trí quan trọng<br /> vận tốc cho phép không xói nằm trong khoảng để cho tư vấn hiệu chỉnh đồ án đảm bảo kinh<br /> từ 2025m/s, lớn hơn nhiều so với vận tốc của tế kỹ thuật. Kết quả đã áp dụng vào thi công<br /> dòng chảy (khoảng 4-18,6m/s). công trình (ảnh 3).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 132 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013)<br />  TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] Triệu Tăng Khải (1998), Sự tiến triển về dẫn dòng thi công vượt lũ của đập đá đổ bê tông bản<br /> mặt ở Trung Quốc, tổng công ty viện thiết kế quy hoạch thủy lợi, thủy điện Trung Quốc.<br /> [2] Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm mô hình thuỷ lực công trình , NXB xây dựng Hà Nội.<br /> [3] Viện khoa học thủy lợi (2005), Thí nghiệm dẫn dòng thi công công trình thuỷ điện Sêsan4.<br /> [4] Viện khoa học thủy lợi (2006), Thí nghiệm dẫn dòng thi công công trình thuỷ điện Khe Bố.<br /> [5] Viện khoa học thủy lợi (2007), Thí nghiệm dẫn dòng thi công công trình thuỷ điện Sông<br /> Bung 4.<br /> <br /> <br /> Abstract<br /> EXPERIMENTAL STUDY ON RIVER DIVERSION THROUGH UNDER-<br /> CONSTRUCTION CONCRETE DAM IN THE SESAN 4 HYDROPOWER PROJECT<br /> <br /> <br /> River diversion plays an important role during the construction of water resources projects or<br /> hydropower plant projects. Determining a suitable river diversion method will help ensuring the<br /> construction progress, construction safety and reducing construction costs.<br /> For major water resources projects or hydropower plant projects, using common river diversion<br /> schemes will lead to the construction of large river diversion structures and higher construction<br /> costs. Therefore, the selection of combined river diversion scheme through sluices and under-<br /> construction concrete dam will reduce construction costs of river diversion structures and main<br /> structures significantly.<br /> In this paper, the summarized results of experimental study on river diversion through under-<br /> construction dam in the Sesan 4 hydropower project were presented.<br /> Keywords: River diversion; river diversion scheme<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Người phản biện: PGS.TS. Trần Quốc Thưởng BBT nhận bài: 11/3/2013<br /> Phản biện xong: 18/6/2013<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013) 133<br />