Luận văn Thạc sĩ

-1-

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................3
T
1

T
1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC DẪN DỊNG THI CƠNG
T
1

TRONG XÂY DỰNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ..................................................4
1.1. Các phương pháp dẫn dòng thường dùng và lựa chọn phương án ......................... 4
T
1

T
1

1.1.1 Các cơng trình dẫn dòng thường dùng và điều kiện sử dụng ...................... 5
T
1

T
1

1.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dòng .................................... 9

T
1

T
1

1.1.3 Chọn phương án dẫn dòng .......................................................................... 11
T
1

T
1

1.2. Tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng .................................................................... 12
T
1

T
1

1.2.1 Tính tốn thủy lực các giai đoạn dẫn dịng ................................................ 12
T
1

T
1

1.2.2 Tính tốn thủy lực qua lỗ chừa lại thân đập, khe răng lược và đê quai cho
T
1


nước tràn qua ....................................................................................................... 16
T
1

1.2.3 Tính tốn thủy lực tháo nước qua kênh (máng).......................................... 26
T
1

T
1

1.3. Kết luận chương 1 ................................................................................................... 30
T
1

T
1

CHƯƠNG 2. DẪN DỊNG THI CƠNG QUA CỐNG, TUY NEN VÀ GIẢI
T
1

PHÁP NÚT CỐNG, TUY NEN ..............................................................................31
2.1. Dẫn dòng thi công qua cống................................................................................... 31
T
1

T
1


2.1.1. Giới thiệu cơng tác dẫn dịng thi cơng cho cơng trình thủy điện Sơn La . 31
T
1

T
1

2.1.2. Giới thiệu cơng tác dẫn dịng thi cơng cho cơng trình thủy điện Bình Điền
T
1

(Hương Trà – Thừa Thiên Huế ) .......................................................................... 42
T
1

2.2. Dẫn dịng thi cơng qua tuy nen ............................................................................... 47
T
1

T
1

2.2.1.Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dịng ...................................................................... 48
T
1

T
1


2.2.2. Tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng ........................................................ 49
T
1

T
1

2.2.3. Hình thức kết cấu cơng trình dẫn dịng ..................................................... 52
T
1

T
1

2.3. Giải pháp nút cống, tuy nen .................................................................................... 55
T
1

T
1

2.3.1 Chọn tần suất, lưu lượng tính tốn hạ van đóng cống dẫn dịng ............... 57
T
1

T
1

2.3.2. Các chỉ tiêu so sánh các phương án và tính tốn chiều dài hồnh triệt
T

1

cống dẫn dịng, tuy nen dẫn dịng thi cơng .......................................................... 58
T
1

2.4. Cơng nghệ nút cống dẫn dòng ................................................................................ 57
T
1

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

T
1


Luận văn Thạc sĩ

-2-

2.4.1. Sơ đồ bố trí cốp pha thi công bê tông ........................................................ 61
T
1

T
1

2.4.2. Công nghệ thi công bê tông khối bê tông nút đỉnh ................................... 63
T
1


T
1

2.4.3. Công tác phụt vữa xi măng lấp đầy ........................................................... 64
T
1

T
1

2.4.4. Trình tự bịt ống thốt nước thi cơng – Phụt vữa chống thấm Epoxy ........ 67
T
1

T
1

2.5 Kết luận chương 2 ................................................................................................... 66
T
1

T
1

CHƯƠNG 3. THI CƠNG NÚT CỐNG DẪN DỊNG CƠNG TRÌNH THỦY
T
1

ĐIỆN BÌNH ĐIỀN ...................................................................................................71

3.1. Phương pháp tính tốn thiết kế nút cống ............................................................... 68
T
1

T
1

3.1.1. Lưu lượng thiết kế khi hạ cửa van đóng cống ........................................... 71
T
1

T
1

3.1.2. Các tiêu chí chọn phương án và tính tốn chiều dài hồnh triệt cống dẫn
T
1

dịng ...................................................................................................................... 71
T
1

3.2. Kết cấu và biện pháp hồnh triệt cống dẫn dịng................................................... 78
T
1

T
1

3.2.1. Hồnh triệt tại cửa vào ............................................................................ 78

T
1

T
1

3.2.2. Đoạn thân cống ......................................................................................... 79
T
1

T
1

3.3. Tiến độ và biện pháp thi công ................................................................................ 79
T
1

T
1

3.3.1. Tiến độ thi công .......................................................................................... 79
T
1

T
1

3.3.2. Biện pháp thi công ...................................................................................... 79
T
1


T
1

3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................................... 86
T
1

T
1

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................88
T
1

T
1

1. Kết luận....................................................................................................................... 88
T
1

T
1

2. Kiến nghị .................................................................................................................... 89
T
1

T

1

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................91
T
1

T
1

CÁC PHỤ LỤC .......................................................................................................92
T
1

T
1

Phụ lục PL1: Sơ đồ thi công bê tông lấp cống dẫn dịng thủy điện Bình Điền ........... 92
T
1

T
1

Phụ lục PL2: Sơ đồ bố trí ống phun vữa lấp đầy cống cơng trình thủy điện Bình
T
1

Điền” ............................................................................................................................... 95
T
1


Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-3-

MỞ ĐẦU
Cho đến nay nước ta đã có rất nhiều cơng trình thuỷ lợi – thuỷ điện được xây
dựng, dù cơng trình lớn hay nhỏ thì cơng tác dẫn dịng thi cơng ln là cơng tác
quan trọng hàng đầu trong qua trình xây dựng. Việc lựa chọn phương pháp dẫn
dịng thi cơng thường chi phối đến việc lựa chọn kết cấu cơng trình và đóng vai trị
quyết định đến tiến độ thi cơng tồn bộ dự án.
Các cơng trình phục vụ cơng tác dẫn dịng là các cơng trình tạm phục vụ chắn
nước và tháo nước như đê quai, các loại cơng trình tháo nước khác nhau như cống,
tuy nen, đập tràn, kênh. Cống tạm (cống đáy) trong thân đập bê tông, tuy nen tạm
phục vụ tháo nước thi công được ứng dụng phổ biến khi xây dựng các cơng trình
thủy lợi thủy điện. Ở Việt Nam, các cơng trình như: Hịa Bình, Tun Quang, Cửa
Đạt, Sê San 3, Sê san 4, Sơn La, Bình Điền, Hương Điền … đều sử dụng các loại
cơng trình tháo nước này để tháo nước thi công. Khi hết nhiệm vụ dẫn dịng thì phải
tiến hành cơng tác nút cống, tuynen dẫn dịng. Cơng nghệ thi cơng, giải pháp kĩ
thuật nút cống, tuynen dẫn dịng quyết định việc tích nước thành cơng, an tồn cho
đập khi vận hành.
Đề tài “Nghiên cứu giải pháp nút cống dẫn dịng thi cơng” có ý nghĩa thiết
thực cho thiết kế và thi công các công trình xây dựng thủy lợi và thủy điện.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2



Luận văn Thạc sĩ

-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC DẪN DỊNG THI CƠNG TRONG XÂY
DỰNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN
Dẫn dịng thi cơng là dẫn dịng chảy trong sơng theo một phần của lịng sơng
thiên nhiên hoặc theo một đường dẫn nhân tạo khác, nhằm mục đích tạo hố móng
được cách ly với dịng chảy để thi cơng các cơng trình thủy cơng trong đó. Dẫn dịng
thi cơng có thể được thực hiện bằng cách đắp đê quai ngăn dòng một đợt để ngăn
tồn bộ lịng sơng, chuyển hướng dịng chảy đi qua một đường dẫn khác (kênh,
tuynen, đập tràn, cống, ...) đã được chuẩn bị trước hoặc đắp đê quai ngăn dịng nhiều
đợt và dẫn dịng qua lịng sơng thu hẹp. Đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt thường
ứng dụng với sông khu vực hạ du và khu vực trung du, nơi lịng sơng tương đối
rộng, thuận lợi nhất là nơi sơng có bãi bồi, bãi nổi, đảo đá ngầm. Ví dụ: Tam Mơn
Hiệp (Trung Quốc), Cát Châu (Trung Quốc)... đều lợi dụng đảo đá ngầm, bãi nổi
giữa sông để xây dựng đê quai dọc.
Dẫn dịng thi có vai trị quyết định đến thành cơng và chi phí đầu tư xây dựng
hệ thống cơng trình đầu mối thủy lợi thủy điện. Khi chọn tuyến xây dựng đập, chọn
phương án xây dựng hệ thống cơng trình đầu mối thủy lợi thủy điện, ln phải xem
xét đến phương án dẫn dịng đồng thời với phương án và giải pháp xây dựng nhằm
mục đích thi cơng nhanh, thuận lợi, an tồn và chi phí xây dựng nhỏ nhất. Ở nhiều
cơng trình, phương án dẫn dịng chi phối cả việc lựa chọn hình thức kết cấu cơng
trình cũng như bố trí hệ thống cơng trình đầu mối.
1.1. Các phương pháp dẫn dịng thường dùng và lựa chọn phương án
Dẫn dịng thi cơng cơng trình thủy lợi thủy điện dựa vào tình hình ngăn nước
và dẫn dịng trong thời kỳ thi cơng khác nhau, phân thành nhiều giai đoạn.
Đối với cơng trình có cột nước thấp thường chỉ có một hoặc hai giai đoạn ngăn
nước. Đối với cơng trình có cột nước cao và vừa, có thể chia thành ba giai đoạn:

(1) Giai đoạn đê quai ngăn nước (thời kỳ đầu), là thời kỳ sau khi chặn dòng
đến trước lúc thân đập chuẩn bị điều kiện để ngăn nước.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-5-

(2) Giai đọan thân đập ngăn nước (thời kỳ giữa), là thời kỳ sau khi thân đập
chuẩn bị điều kiện ngăn nước đến trước lúc hoành triệt cơng trình dẫn dịng.
(3) Giai đoạn hồn thành và tích nước (thời kỳ cuối), là thời kỳ sau khi hoành
triệt cơng trình dẫn dịng đến lúc cơng trình vĩnh cửu đi vào vận hành.
Việc phân chia các giai đoạn ngăn nước trong phương án dẫn dòng cần phân
biệt rõ ràng. Nếu phân chia các giai đoạn ngăn nước không thật rõ ràng, thì dẫn đến
tình trạng các giai đoạn chồng chéo nhau. Vì vậy, các phương thức tháo nước và
ngăn nước của các giai đoạn phải được thiết kế quy hoạch chu đáo cẩn thận, giúp
cho phương án dẫn dòng được hồn chỉnh.
1.1.1 Các cơng trình dẫn dịng thường dùng và điều kiện sử dụng

Hình 1.1: Sơ đồ đắp đê quai ngăn dòng một
đợt
1) Đê quai thượng lưu; 2) Đê quai hạ lưu;
3) Cơng trình dẫn dịng; 4) Tim đập

(1) Dẫn dịng qua máng:

Hình 1.2: Sơ đồ đắp đê quai ngăn dòng
nhiều đợt (Phân kỳ dẫn dòng)

1) Đê quai giai đoạn 1; 2) Đê quai giai đoạn
2; 3) Nhà máy TĐ; 4) Cơng trình xả

Máng được bắc qua đê quai thượng lưu và hạ lưu để dẫn nước về hạ lưu cơng
trình. Thường dùng cho lịng sơng hẹp, cơng trình nhỏ, thi cơng trong một mùa khơ.
Ví dụ: cơng trình Kim Giang thuộc Hồ Nam - Trung Quốc, lưu lượng lớn nhất dẫn
dòng qua máng là 146m3/s.
P

P

(2) Dẫn dòng qua kênh:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-6-

Kênh được đào ở một bên bờ để dẫn dịng thi cơng. Thường áp dụng cho các
cơng trình xây dựng trên các sơng có địa hình thuận lợi như dốc thoải có dịng sơng
cũ, eo núi, sơng cong .…và điều kiện địa chất thuận lợi cho công tác đào kênh. Việc
thi công đào kênh tương đối đơn giản, có thể thi cơng cơ giới, cũng có thể đào thủ
cơng. Kênh dẫn dịng thuận lợi cho đẩy nhanh tiến độ, rút ngắn thời gian thi công,
thông thuyền, chở gỗ…

Hình 1.3: Kênh dẫn dịng thi cơng - Cơng trình thủy điện Sơn La
(3) Dẫn dòng qua tuy nen:
Tuy nen dẫn dịng thường ứng dụng ở các sơng miền núi, lịng sơng hẹp, vách đá

dốc, lưu lượng lớn mà khơng thể áp dụng giải pháp dẫn dòng qua kênh. Ở Việt nam
đã ứng dụng khá phổ biến. Ví dụ: Tuy nen TN2 dẫn dịng thi cơng cơng trình Cửa
Đạt – Thanh Hoá, tiết diện hình móng ngựa BxH=(10x10)m, đường kính trung bình
D=9m, chiều dài hầm khoảng 850m, một phần vỏ hầm qua đá yếu có kết cấu bê tơng
cốt thép dày 0,5m.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-7-

Hình 1.4: Tuynen dẫn dịng thi cơng - Cơng trình thủy lợi Cửa Đạt
(4) Dẫn dịng qua cống ngầm
Thường cống ngầm sử dụng những vùng có lịng sông hẹp, địa chất nền cho
phép và không thể dùng giải pháp dẫn dòng qua kênh. Cống ngầm nằm trong thân
đập đất, đập đất đá hỗn hợp hay đập bê tơng trọng lực. So với tuy nen thì cống có ưu
điểm là thi công giản đơn, tốc độ nhanh, giá thành rẻ vv…. Ở Việt nam sử dụng
cống tạm hoặc cống lâu dài phục vụ dẫn dòng rất phổ biến. Ví dụ: Cống dẫn dịng
thi cơng cơng trình thủy điên Sơn La có kích thước mặt cắt nx(bxh)= 2x(12x12)m;
Cống dẫn dịng thi cơng cơng trình thủy điện Bình Điền – Thừa Thiên Huế có kích
thước mặt cắt nx(bxh)= 2x(5,0x9,0)m ...

Hình 1.5: Mặt cắt ngang cống dẫn dịng thi cơng-thủy điện Bình Điền.
Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ


-8-

Hình 1.6: Mặt cắt dọc tim đập – Cơng trình thủy điện Huội Quảng
(5) Dẫn dịng qua lịng sơng thu hẹp:
Dẫn dịng qua lịng sơng thu hẹp thường ứng dụng cho các cơng trình vừa và lớn
có lịng sơng rộng, lưu lượng, mực nước thay đổi mạnh, thi công trong nhiều trong
năm, là một trong các giai đoạn của sơ đồ đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt. Giai
đoạn đầu, vào mùa khô, đắp đê quai thượng lưu, đê quai dọc và đê quai hạ lưu quây
một phần lịng sơng để thi cơng một phần cơng trình chính và cơng trình dẫn dịng
cho giai đoạn sau trong phạm vi bảo vệ của đê quai.
(6) Dẫn dòng qua đập đang xây dở hoặc khe răng lược
Dẫn dòng qua đập xây dở được dùng rộng rãi, thường phối hợp với cống đáy
hoặc các cơng trình tháo nước khác trở thành phương thức dẫn dòng chủ yếu vào
thời kỳ giữa và thời kỳ cuối của thi công vượt lũ của đập bê tơng. Ví dụ: Cơng trình
thủy điện Nước Trong – Quảng Ngãi: Đập tràn xây dở cao trình 82.70m, B tràn =98m.
R

R

Dẫn dịng qua khe răng lược ít dùng, thường được dùng trong thi cơng cơng trình
đập cống có cột nước thấp. Ở Việt Nam chưa ứng dụng.
Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng dở được ứng dụng rất rộng rãi. Ở Việt
Nam đã ứng dụng rất thành cơng khi xây dựng đập Hịa Bình đã cho nước lũ tràn
qua đập ở đoạn đập có nền là phần kênh dẫn dòng bờ phải; khi xây dựng đập Tuyên
Quang. Đập Cửa Đạt ứng dụng dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng dở không

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ


-9-

thành cơng (vỡ đập 04-10-2007), sau đó phải đẩy nhanh tiến độ thi công vượt lũ của
năm sau (2008).

Hình 1.7: Cơng trình thủy điện Nước Trong mùa lũ 2010 - Tràn qua đập chính
(7) Dẫn dịng qua nhà máy thủy điện đang xây dở
Dẫn dòng qua phần bê tông của nhà máy thủy điện sau đập phần lịng sơng đang
xây dở thường ứng dụng khi xây dựng nhà máy thủy điện lịng sơng cột nước thấp.
Ví dụ: Cơng trình thủy điện Lng PraBăng (Lào) đang chuẩn bị xây dựng. Ở Việt
Nam sơ đồ này chưa được ứng dụng.
Khi lựa chọn phương án dẫn dịng thi cơng phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của
cơng trình, có thể dùng một hoặc phối hợp vài phương thức dẫn dịng. Ví dụ dẫn
dịng qua kênh hoặc cống đáy kết hợp với tuy nen; Cống đáy hoặc chỗ lõm chừa lại
của đập bê tơng kết hợp với kênh dẫn dịng ... . Ngồi ra bất kỳ một lần ngăn dịng
hoặc các giai đoạn dẫn dịng đều có thể dùng đê quai cho nước tràn qua hoặc không
cho nước tràn qua.
1.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dịng
Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới chọn phương án dẫn dịng, nhưng chủ yếu có
mấy nhân tố sau:
(1) Điều kiện địa hình, địa chất:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-10-


Điều kiện địa hình địa chất của lịng sơng khu vực đập thường là nhân tố chủ yếu
quyết định phương án dẫn dòng. Các phương thức dẫn dịng ngồi việc lợi dụng
điều kiện địa hình thuận lợi, cịn cần kết hợp điều kiện địa chất. Có khi điều kiện địa
hình lịng sơng phù hợp với đắp đê quai ngăn dịng nhiều đợt, nhưng do tầng phủ
đáy sơng lớn, việc xử lý phịng xói và phịng thấm cho đê quai dọc gặp khó khăn,
nên khơng dùng kênh dẫn dịng.
(2) Đặc điểm thủy văn:
Sơng có lưu lượng lớn hay nhỏ, thời đoạn và biên độ lưu lượng của mùa lũ và
mùa khô, lượng đỉnh lũ và quy luật xuất hiện… đều trực tiếp ảnh hưởng tới phương
án dẫn dòng. Đối với dịng sơng có lưu lượng lớn, việc dẫn dịng qua đường hầm
khó thỏa mãn u cầu, cần phân kỳ dẫn dòng, dẫn dòng qua kênh hoặc dẫn dòng qua
các phương thức khác. Đối với sơng có biên độ mực nước mùa khơ, mùa lũ lớn, có
thể dùng đê quai cho nước tràn qua để giảm bớt giá thành dẫn dịng. Với dịng sơng
có lưu lượng khơng lớn, biên độ mực nước mùa lũ mùa khô không lớn, dùng đê quai
khơng cho nước tràn qua có thể kéo dài thời gian thi cơng.
(3) Hình thức và bố trí cơng trình chính:
Hình thức kết cấu cơng trình thủy cơng, bố trí tổng thể và khối lượng cơng trình
chính vv…là một trong những căn cứ chủ yếu khi chọn phương án dẫn dịng. u
cầu dẫn dịng cần lợi dụng cơng trình vĩnh cửu; lựa chọn hình dạng đập, đặc điểm
lưu vực cần được xét tới trong cơng tác dẫn dịng, hai việc đó ảnh hưởng chi phối
lẫn nhau. Đối với đập đất đá, nói chung khơng dùng phân kỳ dẫn dịng, mà thường
dùng phương thức dẫn dòng qua đường hầm, qua cống ngầm, qua kênh vv… ,
không dùng đê quai cho nước tràn qua. Đối với đập bê tông, cho phép tràn qua mặt
đập, thường dùng đê quai cho nước tràn qua. Đối với cơng trình có quy mơ lớn, thời
gian thi cơng hố móng dài, khơng nên cho nước tràn qua đê quai để có thể bảo đảm
thi cơng hố móng cả năm. Đối với trạm thủy điện cột nước thấp có thể sử dụng đê
quai ngăn nước để phát điện sớm và thu lợi như cơng trình Cát Châu – Trung Quốc.
(4) Nhân tố thi công:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2



Luận văn Thạc sĩ

-11-

Phương án dẫn dòng quan hệ mật thiết với tổng tiến độ thi cơng. Phương án dẫn
dịng thi cơng khác nhau thì trình tự thi cơng khác nhau. Trình tự thi cơng khác nhau
ảnh hưởng tới phân kỳ dẫn dịng và bố trí cơng trình dẫn dịng. Trình tự thi cơng hợp
lý khơng ảnh hưởng tới thời gian hữu ích thi cơng và tổng thời gian thi cơng. Vì vậy,
khi chọn phương án dẫn dịng cần xét tới trình tự và phương pháp thi cơng, cường
độ và tiến độ thi cơng, tới bố trí thi cơng và bố trí giao thơng bên ngồi cũng như
bên trong cơng trường.
(5) Nhân tố lợi dụng tổng hợp
Việc lợi dụng tổng hợp dịng chảy trong thời gian thi cơng gồm: thơng thuyền,
chở gỗ, phát điện, tưới, cấp nước vv…Khi chọn phương án dẫn dịng, nên xét tổng
hợp để các cơng trình tháo nước dẫn dịng thỏa mãn các u cầu đó.
Trên đây là những nhân tố ảnh hưởng tới chọn phương án dẫn dịng thi cơng.
Tùy tình hình cụ thể, phân tích để xác định. Nhìn chung thì hình dạng đập và địa
hình lịng sơng là một trong những điều kiện chủ yếu chọn phương án dẫn dòng.
Nếu lấy tỷ số chiều dài đỉnh đập và chiều cao đập η = L/H là hệ số biểu thị hình
dạng lịng sơng, qua phân tích và thống kê có được quan hệ sau: đối với đập bê tông
khi η nhỏ hơn 3, thường thích hợp dẫn dịng qua đường hầm và chặn dịng 1 lần; η ở
giữa 3 và 4.5 thích hợp với phân kỳ dẫn dòng và chặn dòng 1 lần. Đối với đập đất đá
khi η nhỏ hơn 10 thường dùng 1 lần chặn dòng và dẫn dòng qua đường hầm hoặc
dẫn dòng qua cống ngầm, khi η lớn hơn 10 thường dùng kênh, đường hầm, cống
ngầm dẫn dòng. Nếu bề rộng lịng sơng rộng rãi có thể dùng phân kỳ dẫn dòng.
1.1.3 Chọn phương án dẫn dòng
Khi chọn phương án dẫn dịng, tùy theo điều kiện cụ thể cơng trình, có thể ấn
định một vài phương án, phân tích tồn diện, so sánh, khơng chỉ phân tích trước lúc

dẫn dịng mà cần phân tích tồn diện giữa và sau khi dẫn dịng. Phân tích phương án
dẫn dịng khơng chỉ là định lượng giá thành cơng trình dẫn dịng mà cần so sánh
toàn diện về kinh tế và kỹ thuật như tổng tiến độ thi công và các yêu cầu kinh tế
quốc dân khác. Phương án tối ưu của dẫn dòng thể hiện trên một số mặt sau:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-12-

(1) Tiến độ thi cơng tồn bộ hệ thống cơng trình với thời gian ngắn, giá thành hạ;
rút ngắn thời gian đầu tư ban đầu, phát huy nhanh hiệu quả đầu tư;
(2) Thi cơng cơng trình chính an tồn, cân bằng cường độ thi cơng, tránh chồng
chéo, bảo đảm tính chủ động trong thi cơng;
(3) Cơng trình dẫn dịng giản đơn, khối lượng cơng trình nhỏ, giá thành hạ, thi
công thuận tiện, tốc độ nhanh;
(4) Thỏa mãn yêu cầu các thành phần kinh tế quốc dân (thông thuyền, chở gỗ,
nước tưới, cấp nước, di dân vv…).
Khi chọn phương án dẫn dòng cần đề xuất một số kết quả sau:
- Chọn lưu lượng dẫn dòng, thời đoạn thi cơng và tiêu chuẩn dẫn dịng;
- Khối lượng cơng trình và giá thành cơng trình của các phương án;
- Sơ đồ dẫn dịng, kích thước và hình thức cơng trình ngăn nước và tháo nước,
trình tự và tiến độ thi công;
- Chỉ tiêu và phương thức chủ yếu của chặn dịng tháo nước hố móng;
- Phương thức và chỉ tiêu chủ yếu của thi cơng đập vượt lũ, hồnh triệt cơng
trình dẫn dịng và tích nước;
- Chỉ tiêu chủ yếu của tổng tiến độ, bao gồm tổng thời gian thi cơng, ngày giờ
phát điện tổ máy 1, chặn dịng, ngừng thông thuyền, chở gỗ, số nhân lực…;

- Biện pháp tổng hợp lợi dụng dịng chảy;
- Kết quả thực nghiệm mơ hình thủy lực của phương án chủ yếu.
1.2. Tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng
1.2.1 Tính tốn thủy lực các giai đoạn dẫn dòng
Khi dùng phương thức dẫn dòng qua lịng sơng thu hẹp, mực nước thượng lưu
dâng cao (hình 1.8). Trạng thái chảy khi dẫn dịng tùy thuộc chiều dài L của đê quai
dọc và chiều cao nước dâng thượng lưu H khác nhau mà xử lý theo dịng chảy tràn
đỉnh rộng hoặc dịng chảy trong kênh. Thơng thường chiều dài giới hạn của tràn
đỉnh rộng bằng 10 lần mực nước thượng lưu H. Đối với cơng trình tạm có thể lấy tới
20 lần mực nước thượng lưu. Trạng thái chảy theo có thể tham khảo bảng 1.1.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-13-

b

b

o

b

hs

hc


o

hs

Hình 1.8: Hình thức bố trí đê quai phân kỳ
1 – Đê quai thượng lưu; 2 – Đê quai dọc; 3 – Đê quai hạ lưu

Bảng 1-1: Giới hạn trạng thái chảy trong các giai đoạn dẫn dịng
Tràn đỉnh rộng

Chảy trong kênh

L/H = 2,5 ÷ 20

L/H > 20

Chảy tự do

Chảy ngập

h s < 1,25 h k
R

R

R

h s ≥ 1,25 h k
R


R

R

Chảy êm

Chảy xiết

i < ik

i > ik

Chú thích
H 0 : Cột nước thượng lưu
R

h k : Chiều sâu phân giới
R

R

R

R

R

h s ≥ 0,8 H 0
R


R

h0 > hk
R

R

R

R

h0 < hk
R

R

R

Trong đó:
* Đối với kênh mặt cắt hình chữ nhật:
- Chiều sâu phân giới h kCN
R

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

R

q2
Q2
3

= α. = α.
g
( Bk ) 2 g
3

R

h 0 : Chiều sâu dòng đều

R

R

h s < 0,8 H 0

R

R

Ký hiệu khác xem hình vẽ


Luận văn Thạc sĩ

-14hKCN
Bk

Hệ số đặc trưng hình dạng mặt cắt hình chữ nhật: δ N =
* Đối với kênh mặt cắt hình thang: h k = h kCN . [1R


R

R

RP

δN

P

3

+ 0.105.δ N2 ]

1.2.1.1 Tính tốn thủy lực qua lịng sơng thu hẹp
Trong thiết kế dẫn dịng qua lịng sơng thu hẹp phải xác định mức độ thu hẹp cho
phép, chiều sâu lịng sơng bị bào mịn và độ dâng nước ở thượng lưu.
- Tính gần đúng như chảy ngập qua tràn, lưu lượng được xác định:

Q = ϕA c 2g(H 0 − h s )

Z=

hay

Vc2
V02
−
ϕ2 2g 2g


Đối với lòng sơng mặt cắt hình chữ nhật, cơng thức trên viết thành:

Q = ϕbh s 2g(h 0 − h s )

(1.1)

1 Q2
Q2
Z= 2
−
2
ϕ 2gb 2 h s2 2gB12 (h s + Z )

hay
Trong đó:

h c – Độ sâu mặt cắt co hẹp.
R

R

A c – Diện tích mặt cắt ướt tại mặt cắt co hẹp.
R

R

hs - có thể lấy gần đúng bằng mực nước hạ lưu.
ϕ - Hệ số lưu tốc, xem bảng 1-2
Q


V 0 , V c - Lưu tốc tới gần, lưu tốc tại mặt cắt thu hẹp V c = µ .ω c
R

R

R

R

R

RP

Hệ số co hẹp ngang µ =0,95 khi thu hẹp một bên, khi thu hẹp hai bên µ =0,90.
H 0 - Cột nước thượng lưu H 0 = H +
R

R

V02
2g

H - Độ sâu mực nước thượng lưu H = hs + Z1
Z - Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ


-15-

Tính tốn co hẹp lịng sơng được tiến hành theo phương pháp thử dần để xác
định độ dâng mực nước ở thượng lưu Z: Khi tính tốn đầu tiên lấy Z = 0 làm giá trị
ban đầu, sau đó dùng giá trị tính tốn được Z thay vào cơng thức cho tới khi đạt
được độ chính xác.
- Đối với dịng chảy khơng ngập dùng cơng thức:

Q = m Bk 2g H 30 2

(1.2)
13

 Q2


H0 = 
 2gm 2 B 2 

k 
Trong đó:
m - Hệ số lưu lượng - xem bảng 1-2.

H 0 - Cột nước thượng lưu có kể đến cột nước lưu tốc tới gần
R

R

Bk - Chiều rộng bình quân tại chiều sâu phân giới: Bk =


αV02
2g

Ak
hk

h k - Chiều sâu phân giới
R

R

A k - Diện tích mặt cắt ướt ứng với chiều sâu phân giới
R

R

Bảng 1-2: Giá trị hệ số lưu lượng m và hệ số lưu tốc ϕ
Hệ số lưu lượng

Hình thức bố trí

Hệ số lưu tốc (ϕ)

Chữ nhật (H1-8.a)

0,80

0,30

Hình thang (H1-8.b)


0,8 ÷ 0,85

0,3 ÷ 0,32

0,85 ÷ 0,95

0,32 ÷ 0,35

Hình thang thêm đê
quai cánh (H1-8.c)

(m)

Ghi chú
Hình thang thân đỉnh đập
chảy hệ số giống nhau
Hình thang thân đỉnh đập
chảy thuận, hệ số giống nhau

Khi hệ số co hẹp lịng sơng lớn, lịng sơng co hẹp coi như kênh lăng trụ dốc
thuận, mực nước cửa ra gần giống mực nước dịng đều, tính tốn gần đúng như
dòng chảy đều trong kênh.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-16-


1.2.1.2 Tính tốn đường mặt nước qua lịng sơng thu hẹp
Dịng chảy qua lịng sơng thu hẹp nói chung là dịng chảy khơng đều. Khi độ
dốc đáy tương đối thoải, khi dọc lịng sơng mặt cắt đều đặn, có thể dùng phương
pháp cộng trực tiếp tính đường mặt nước. Khi độ dốc đáy sông và mặt cắt biến đổi
lớn thì căn cứ vào sơ đồ thủy lực cụ thể để xác định đường mặt nước, chú ý tính
thêm tổn thất cột nước cục bộ.
1.2.2 Tính tốn thủy lực qua lỗ chừa lại thân đập, khe răng lược và đê quai
cho nước tràn qua
1.2.2.1 Đập tràn đỉnh rộng
Tháo nước qua chỗ lõm chừa lại ở thân đập, khe răng lược như hình 1-9, khi
quan hệ giữa chiều dài L của tràn và cột nước H là 2,5H< L ≤ 20H, tính tốn theo
cơng thức đập tràn đỉnh rộng. Khi chảy tự do (mực nước hạ lưu đỉnh đê quai
h s <1,25h k hoặc h s < 0,8H o ). Tính tốn lưu lượng theo cơng thức sau:
R

R

R

R

R

R

R

R


Q= εmB 2g H 3o / 2

(1.3)

Trong đó:
B – Chiều rộng lỗ tràn, đối với khe răng lược B = nb, với n là số lượng khe.
H o – Cột nước thượng lưu tính từ ngưỡng tràn nước
R

R

ε - Hệ số co hẹp bên, cửa vào gập nhọn, có thể tra trên đường cong của biểu

đồ hình 1.3. Đối với khe răng lược nhiều lỗ, hệ số co hẹp bình quân theo chiều
ngang là:

ε=

ε c (n − 1) + ε s
n

ε c - Hệ số co hẹp bên lỗ ở giữa. Tra trên hình 1.10
B/B’ =
b - Chiều rộng khe răng lược

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

b
b+t



Luận văn Thạc sĩ

-17-

t - Chiều dày giữa răng lược
ε s - Hệ số co hẹp bên của khe răng lược bên cạnh.

Khi tra trên hình 1.10: B/B’ =

b
b + ∆t

Trong đó:
∆t là khoảng cách của cạnh khe răng lược bên cạnh tới đường viền của đập

m - hệ số lưu lượng, khi dạng ngưỡng vào vng góc:
m = 0,32 + 0,01

3 − P1 / H
0,46 + 0,75P1 / H

Hình 1.9: Tháo nước qua chỗ lõm chừa lại và khe răng lược của đạp bê tông
Phạm vi sử dụng: 0< P1 / H ≤ 3 . Khi P1 / H > 3,0 thì m = 2. Khi dạng ngưỡng
vào xiên góc (độ dốc 1÷0,7). Qua thực nghiệm tìm được hệ số lưu lượng:
m = 0,34 + 0,01

4 − P1 / H
0,89 + 2,24 P1 / H


Công thức sử dụng trong phạm vi 0 < P1 / H ≤ 4,0 Khi P1 / H > 4 ; m = 0,34
Đối với chỗ lõm chừa lại và khe răng lược, khi dự tính hệ số lưu lượng (tính
đến ảnh hưởng co hẹp bên) có thể xét bình qn B/B’ = 0,5 sẽ được ε m ≈ 0,32. Đối
với cơng trình lớn nên xét qua thực nghiệm mơ hình. Khi tính tốn cần căn cứ tỷ lệ
L/H, tùy theo là đập tràn thực dụng, tràn đỉnh rộng chảy tự do, tràn đỉnh rộng chảy
ngập mà dùng cơng thức phù hợp để tính tốn. Đối với hệ số lưu lượng đập tràn
thực dụng cần tham khảo tài liệu có liên quan.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-18-

Khi chảy ngập (h s ≥ 1,25 h k hoặc h s ≥ 0,8Ho). Căn cứ vào cơng thức đập tràn
R

R

đỉnh rộng để tính tốn:

R

R

R

R


Q = εσmB 2 g H 03 / 2

(1.4)

Trong đó σ - hệ số chảy ngập xem bảng 1-3.
Bảng 1-3 : Hệ số σ ngập của đập tràn đỉnh rộng
H s /H o ≤0,8

0,81

0,82

0,83

0,84

0,85

0,86

0,87

0,88

0,89

σ

0,995


0,99

,098

0,97

0,96

0,95

0,93

0,9

0,87

H s /H o 0,90

0,91

0,92

0,93

0,94

0,95

0,96


0,97

0,98

σ

0,82

0,78

0,74

0,70

0,65

0,59

0,50

0,40

R

R

R

1,0
R


R

R

0,84

Hình 1.10 : Đường cong hệ số co hẹp bên của chỗ lõm chừa lại, khe răng lược tháo
nước
1.2.2.2 Đập tràn mặt cắt hình thang
Đập tràn mặt cắt hình thang, thường gặp là đê quai hỗn hợp đất đá cho nước
tràn qua. Căn cứ thực nghiệm của Nhật Bản được công thức tháo nước của 3 trạng
thái chảy (chảy tự không ngập, trạng thái chảy quá độ, chảy ngập) như sau:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-19-

Chảy khơng ngập

Hình 1.11: Đập tràn qua mặt cắt hình thang
Q= m p B 2g H 3 / 2
(1.5)

Trạng thái chảy quá độ

Q= σ p m p B 2g H 3 / 2


(1.6)

Chảy ngập
Q= φp Bh s 2g (H − h s )
(1.7)
Trong đó: m p - Hệ số lưu lượng đập tràn hình thang xem bảng 1-4
h
σ p - Hệ số ngập, chảy quá độ: σ p = α − β s
H
φ p – Hệ số lưu lượng khi chảy ngập xem bảng 1-4.
R

R

R

R

R

R

Bảng 1-4: Hệ số quan hệ của đập tràn hình thang
Hệ số
mái
thượng
lưu m 1
<0,6
≈1

≈1,5

Hệ số
mái hạ
lưu m 2
R

Hệ số lưu lượng
chảy không
ngập m p
R

R

Điểm
phân
giới
h s /H
0,60
0,45
0,25
R

0÷3/4
0÷1,5
0÷3,0

0,31+0,23H/P 1
0,29+0,32H/P 1
0,28+0,37H/P 1

R

R

R

Chảy quá đợ
α

β

R

Điểm
phân
giới
h s /H
0,7
0,8
0,8
R

1,018
1,090
1,032

0,030
0,200
0,124


Chảy
ngập
φp /m p
R

R

R

R

2,6
2,6
2,6

1.2.2.3 Tràn bên
Tim của tràn bên song song với phương của dịng chảy đến hình 1.12, tháo
nước qua lỗ chừa lại trên đê quai dọc.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-20-

Hình 1.12: Phân dịng của tràn bên
Cơng thức tính lưu lượng tràn bên của phần dịng chảy thẳng góc:
Q = cb 2g H3/2


(1.8)

P

P

Lưu lượng phân lưu của tràn bên
Q = Q1 - Q2
R

R

R

R

Trong đó:
c – Hệ số lưu lượng tràn bên có thể lấy bằng 0,95m; với m là hệ số lưu lượng
tương ứng của tràn chính diện
H – Cột nước thượng lưu so với đỉnh ngưỡng bình qn của tràn bên

H=

H1 + H 2
. Trong đó: H 1 = h 1 -P ; H 1 = h 2 -P
2
R

R


R

R

R

R

R

R

h 1 , h 2 – Chiều sâu ở đầu cửa vào và ở cuối cửa vào của tràn bên; Giả định
R

R

R

R

năng lượng đơn vị mặt cắt Es dọc theo dịng chảy khơng đổi, độ dốc đáy nằm
ngang
V22
V12
E s = h1
= h2 +
2g
2g
Bùi Thành Vinh - CH 16C2



Luận văn Thạc sĩ

-21-

V 1 , V 2 – Lưu tốc của mặt cắt ở đầu và ở cuối dòng chảy trên đoạn có bố trí
R

R

R

R

tràn bên
P,b – Chiều cao ngưỡng và chiều rộng của tràn bên.
b=

 h
B   h2 P 
P 
 − F  1 ,

,
 F 
C   E s 2 E S2 
 E S 1 E S 1 

B – Độ rộng lòng sông

F – Hàm của h/E s và P/E s (xem hình 1.13).
R

R

R

R

Hình 1.13: Biểu đồ quan hệ của h/E s và P/E s
R

R

R

1.2.2.4 Tràn xiên
Tính tốn lưu lượng tháo của tràn dùng cơng thức tràn bình thường nhân với
hệ số hiệu chỉnh: Q= k s mb 2 g H 3 / 2
R

R

(1.9) (Xem hình 1.14).

Trong đó: m- hệ số lưu lượng tràn chính
k s - hệ số hiệu chỉnh (xem bảng 1-5)
R

R


Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-22-

α

Hình 1.14 Tràn xiên
Bảng 1-5: Hệ số hiệu chỉnh của tràn xiên
Góc α

150

300

450

600

900

ks

0,86

0,91


0,94

0,96

1,0

R

P

P

P

P

P

1.2.2.5 Tràn hình cung
Để tính tốn đập vịm hoặc đê quai vịm ta áp dụng dạng tràn này (Hình 1.15).

β

b

α

Hình 1.15: Tràn hình cung
Lưu lượng tháo theo công thức sau:
Q = k R mb 2 g H 3 / 2

R

R

Trong đó:
m- hệ số lưu lượng tràn chính
b- chiều dài theo chiều cong của tràn
k R - Hệ số hiệu chỉnh: k R =1R

R

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

R

ηH

R

p

(1.10)


Luận văn Thạc sĩ

-23-

+ H.P – Cột nước tràn và chiều cao của ngưỡng tràn
+ η - Hệ số hình dạng, xem bảng 1-6.

Bảng 1-6: Hệ số hình dạng của tràn hình cong η
η

Hình dạng dịng sơng

150

300

450

600

750

900

Dịng sơng rộng

0,71

0,35

0,20

0,11

0,04

0,0


Dịng sơng hẹp

0,82

0,48

0,28

0,13

0,04

0,0

P

P

P

P

P

P

1.2.2.6 Nối tiếp dòng chảy và tiêu năng
Để giảm thiểu ảnh hưởng xói do dịng chảy tháo tập trung gây nên cần xử lý
tốt nối tiếp dòng chảy và tiêu năng. Những phương thức nối tiếp tiêu năng thường

gặp như sau:
a. Tiêu năng dịng đáy: Cơng thức cơ bản tính toán độ sâu co hẹp hc
E 0 =h c +
R

Trong đó:

R

R

R

q2

(1.11)

2 gϕ 2 hc2

E 0 – Năng lượng mặt cắt tới gần
R

R

h c – Chiều sâu co hẹp
R

R

ϕ - Hệ số lưu tốc, tra bảng 1-7.


Hình 1.16: Chiều sâu mực nước co hẹp
h c của dòng chảy qua lỗ cống đáy phẳng: h c = εe
R

R

R

R

Trong đó: ε- hệ số co hẹp đứng, xem bảng 1-8.
e- độ cao mở của cống

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-24-

Bảng 1-7:.Giá trị hệ số lưu tốc tháo qua cơng trình
Phương thức tháo nước
Tháo nước qua tràn thực
dụng đáy hình cong
Tháo

nước

qua


Phương thức tháo nước

ϕ

ϕ

Tháo nước qua tràn đỉnh rộng và
tràn thực dụng, ngưỡng hình

0,90÷0,95

0,80÷0,90

thang
tường

ngực,lỗ cống đỉnh tràn, tràn

Tháo nước qua tường ngực, lỗ
cống đỉnh tràn thực dụng ngưỡng 0,75÷0,85

0,85÷0,95

thực dụng, ngưỡng hình cong

hình thang

Bảng 1-8: Hệ số co hẹpε của cống bản phẳng thẳng đứng
Độ mở

e/H
ε
Độ mở
e/H
ε

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,615

0,618

0,620

0,622

0,625

0,628


0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,630

0,638

0,645

0,650

0,660

0,675

Tiêu năng lịng dẫn có mặt cắt chữ nhật đáy phẳng, độ sâu mực nước nối tiếp
sau nước nhảy (độ sâu liên hiệp)
hc’’ =

hc
2


( 1 + 8Fr − 1)
2

Fr – hệ số Froud mặt cắt co hẹp: Frc=

q
ghc3

Chiều sâu nước nhảy lịng dẫn có mặt cắt chữ nhật, tính tốn theo công thức
li/hc = 10,8(Fr -1)0,93
P

P

Trạng thái nối tiếp nước nhảy, lấy độ sâu liên hiệp hc’’ và độ sâu thực tế hạ
lưu h s và độ sâu thực tế hạ lưu h s để phân biệt so sánh. Khi h c ’’>h s có nước nhảy xa,
R

R

R

R

R

RP

P


R

R

khi h c ”R

R

R

R

R

R

R

R

nhảy ngập và nâng cao hiệu quả tiêu năng thì nên để mực nước sau nước nhảy thấp
hơn mực nước hạ lưu.
b. Tiêu năng dòng chảy mặt

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-25-

Cuối đoạn chảy tràn có bậc thụt, khiến bề mặt của dịng chính có lưu tốc cao,
hình thành tiêu năng mặt. Trạng thái chảy của dòng chảy mặt tương đối phức tạp,
đối với chiều cao bậc thụt và mực nước hạ lưu có một yêu cầu nhất định. Lợi dụng
ưu điểm của tiêu năng mặt là trên bề mặt dịng chính, giảm xói đáy sơng, thuận lợi
cho vật trôi nổi, lợi cho thả bè, tháo nước. Khuyết điểm là hình thức nối tiếp phức
tạp, thay đổi nhiều, khó khống chế chảy mặt.
c. Tiêu năng bằng mũi phun
Đoạn cuối của cơng trình làm mũi phun, dịng chảy qua mũi phun nhảy xa,
người ta thường lợi dụng lưỡi nước trong khơng trung và hố xói hạ lưu để tiêu năng.
Chiều dài l của trung tâm lưỡi nước từ mũi phun đến lịng sơng hạ lưu dùng
cơng thức sau để tính tốn


l = 2ϕ2cosθ sin φ sin 2 φ +
P

P



1  P 
  S
ϕ 2  S  

(1.12)

Các ký hiệu:

P- Chiều cao từ lỗ phun đến đáy sông phía hạ lưu.
S- Chiều cao chênh lệch từ mực nước thượng lưu đến mũi phun
θ- Góc nhảy
ϕ- Hệ số lưu tốc của dòng chảy từ mũi phun
Căn cứ thực nghiệm của viện nghiên cứu thủy lợi Trường Giang – Trung
Quốc, đề ra công thức sau:

ϕ = 3 1−

0,055
k 0,5

k- Tỷ năng dòng chảy;

k=

q
g E1,5

E- Chênh lệch giữa mực nước thủy lực so với đáy sơng phía hạ lưu.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2