BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NĂNG LƯỢNG ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ - 2010 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ XÓI SAU TRÀN VẬN HÀNH ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC MÃ SỐ ĐỀ TÀI: I170 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI VIỆN NĂNG LƯỢNG Nguyễn Danh Oanh 8765 Hà nội 12- 2010 DANH SÁCH THAM GIA THỰC HIỆN 1 Phòng Khoa học và Kỹ thuật- Viện Năng lượng 2 Phòng Thuỷ Điện- Viện Năng lượng Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Danh Oanh Tham gia chính: PGS. TS. Nguyễn Quang Hùng TS.Lê Xuân Khâm ThS. Hoàng ĐứcThuật KS. Đặng Xuân Hanh MỤC LỤC Nội dung Trang Mở đầu 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ HÌNH THÀNH HỐ XÓI SAU CÔNG TRÌNH THÁO LŨ 3 1.1 Đập bê tông và đập bê tông trọng lực 3 1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực 4 1.3 Nối tiếp tiêu năng hạ lưu và tính toán xói nền đá dưới tác dụng dòng phun 17 Kết luận chương 1 26 Các hình ảnh Chương 2 PHÂN TÍCH CÁC QUAN DIỂM TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN VIỆT-NGA VÀ MỸ 27 2.1 Khái quát 27 2.2 Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn (Việt Nam- Nga) 33 2.3 Phương pháp cân bằng giới hạn (Mỹ) 41 2.4 Phân tích ổn định đập bê tông trọng lực theo các tiêu chuẩn thiết kế 46 Kết luận chương 2 48 Chương 3 XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC KHI CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN HỐ XÓI 49 3.1 Xây dựng công nghệ tính ổn định trượt sâu cho đập bê tông trọng lực 49 3.2 Kết quả tính toán ổn định trượt sâu 51 3.3 Ứng dụng tính ổn định cho công trình tháo lũ Hua Na 55 Kết luận chương 3 68 Kết luận 69 Tài liệu tham khảo 70 Phụ lục chương 1, chương 3 72 1 MỞ ĐẦU Việt Nam có khoảng 10.000 đập lớn nhỏ các loại trong đó có khoảng gần 500 đập lớn, là nước có nhiều đập cao trên thế giới. Tuy nhiên sự phân bố về hình loại đập theo loại vật liệu không đều nhau. Trong số các đập có chiều cao đập nhỏ hơn 100 m thì đập vật liệu địa phương chiếm tới hơn 80%, còn đối với đập có chiều cao lớn hơn 100m thì đập bê tông nói chung và đậ p bê tông trọng lực nói riêng lại chiếm một tỷ lệ đáng kể. Hơn nữa, trong những năm gần đây, đã tiến hành xây dựng hàng loạt công trình thủy điện với chiều cao đập tương đối lớn đa phần đều sử dụng hình thức đập bê tông trọng lực. Ở các hệ thống công trình đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện phải b ố trí công trình tháo để xả lưu lượng lũ xuống hạ lưu. Một trong những vấn đề hàng đầu trong thiết kế, bố trí công trình tháo lũ là giải quyết tốt vấn đề nối tiếp thuỷ lực sau công trình xả. Các dạng nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu có thể được dùng: Tiêu năng mũi phóng –dòng phun thường thích hợp với đầu mối có cột nước cao hoặc vừa n ền móng bằng đá. Hình thức mặt bằng của thiết bị tiêu năng dòng phun có loại bề rộng không đổi, kiểu mở rộng và kiểu thu hẹp (bao gồm kiểu khe hẹp). Mũi hắt nước nhảy có loại liên tục, loại không liên tục và các loại mũi hắt dị hình khác v.v… Tiêu năng chảy đáy có thể thích nghi với các loại nền đá hoặc không phải là đá với yêu cầu đối v ới trạng thái dòng chảy rất nghiêm khắc Tiêu năng đáy có bể tiêu năng, bể tường kết hợp kiểu đáy bằng, đáy nghiêng hoặc đáy mở rộng, đáy thu hẹp v.v… và các loại công trình tiêu năng phụ trợ. Ngoài ra có thể dùng kiểu tiêu năng dòng mặt, hiệu quả của dạng tiêu năng này so với tiêu năng dòng đáy không kém hơn nhiều. Nếu dùng tiêu năng dòng phun cần phải nghiên cứu thận trong do dòng tia văng xa tạ o mù ảnh hưởng đến các hạng mục công trình đầu mối và vận hành an toàn. Nếu gặp các trường hợp sau đây cần phải dùng biện pháp thỏa đáng để xử lý. Trong nền móng tồn tại mặt tầng đá có đứt gãy kéo dài đến hạ lưu và cấu tạo địa chất có khả năng bị đào xói cắt đứt, uy hiếp tới an toàn của đập và bộ phận công trình khác. − Bờ dốc có khả năng bị xói đổ, uy hiếp tới ổn định vai đập, lấp đầy kênh dẫn nước ra và dòng sông hạ lưu. − Sóng dồn và nước vật hạ lưu uy hiếp an toàn của đập chính và các bộ phận khác khác, uy hiếp tới vận hành bình thường. 2 − Đặc biệt sự nguy hiểm đối với ổn định của đập khi tràn vận hành được bố trí ở thân đập bê tông trọng lực hay đập vòm, hố xói nằm ngay chân đập. Đề tài này tiến hành phân tích sự ổn định của đập bê tông trọng lực khi xét đến sự ảnh hưởng của việc hình thành hố xói dưới tác dụng của dòng phun. Kết quả tính toán sẽ xác định được sự khác nhau cơ bản trong hai tr ường hợp có xét và không xét đến sự hình thành hố xói. Việc tính toán thiết kế hiện nay trong nước được quy định bởi các tiêu chuẩn “Công trình thuỷ lợi- các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN -285-2002”, tiêu chuẩn ngành 14TCN-56-88 “Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép- tiêu chuẩn thiết kế”, một số tiêu chuẩn, quy phạm và hướng dẫn khác… Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu, phân tích, tính toán và đánh giá ảnh hưởng về hình dạng và kích thước c ủa hố xói hạ lưu tràn vận hành đến ổn định của đập bê tông trọng lực. Kiến nghị phương pháp tính toán để có thể áp dụng thực tế ở các công trình thuỷ điện Nội dung nghiên cứu − Tổng quan đập bê tông trọng lực và hành thành hố xói sau công trình tháo lũ; − Nghiên cứu lựa chọn mô hình tính toán ổn định khi xét đến hình dạng và kích thước hố xói; − Phân tích các yếu tố ả nh hưởng, chọn số liệu tính toán, phương pháp tính toán; − Ứng dụng tính toán cho công trình cụ thể ở Việt Nam − Kết luận và kiến nghị 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ HÌNH THÀNH HỐ XÓI SAU CÔNG TRÌNH THÁO LŨ 1.1. Đập bê tông và bê tông đập trọng lực Theo tiêu chuẩn 14-TCVN- Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép-tiêu chuẩn thiết kế- năm 2003. Theo đó có thể phân loại các đập bê tông và bê tông cốt thép như hình 1 (bảng 1.1). Đối với các các công trình tháo lũ thì có thể trên nền đá hoặc trên nền không phải là đá (hình 2). Đối tượng chính xem xét tính ổn định của đề tài nay tập trung vào loại đậ p tràn bê tông trọng lực trên nền đá có kết cấu tiêu năng kiểu dòng phun. Tính toán độ bền và ổn định của đập được trình bày ở mục 2.1 của chương 2. Việc tính toán ổn định chống trượt của đập bê tông trong lực thực hiện theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn thiết kế nền của công trình thủy công. Phải xét sự ổn định chống trượt ở mặt tiếp giáp giữa công trình và nề n, và cả những mặt trượt tính toán khác có thể xảy ra, đi qua toàn bộ hay một phần thấp hơn đế móng đập và được xác định bằng sự có mặt của các lớp kẹp yếu, các khe nứt nghiêng rỗng, các vùng xói lở trong nền và sự bố trí các công trình nào đó ở hạ lưu đập. Sư ổn định của đập phải được bảo đảm với tất cả các mặt trượt có th ể có. Bảng 1.1. Phân loại đập bê tông 4 Hình 1.1. Phân loại đập bê tông và bê tông a). Đập tràn mặt, b). Xả sâu, c). Kết hợp xả mặt và sâu Hình 1.2. Các loại đập tràn bê tông chủ yếu trên nền không phải là đá 1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực 1.2.1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới Đập trọng lực được cho là đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Jordan tên là đập Jawa, xây vào khoảng 3000 năm trước Công nguyên. Đập Jawa có chiều cao 4,5m, dài 80m là đầu mối của một hồ chứa nước làm nhi ệm vụ cung cấp nước cho khoảng 2000 người. 5 Hình 1.3 Bản đồ hệ thống cấp nước Jawa Hình 1.4 Dấu vết của đập Jawa Những vết tích còn lại cho thấy kết cấu bên trong đập gồm hai tường xây khép kín, giữa được đắp đất tạo thành lõi dày 2m, phía thượng lưu đập có một lớp chống thấm. Đập được đảm bảo ổn định bởi khối đất đắp phía hạ lưu có hệ số mái m=1,0. Đến năm 54-64 sau Công Nguyên, ở Subiaco thuộc Italy. Người ta đã cho xây một con đậ p cao 40m, rộng 13,5m và dài 80m. Đây là đập trọng lực cao nhất trong số 3 chiếc được xây vào thời La Mã cổ đại ở Italy và tồn tại cho đến năm 1305. Vào những năm 284 sau công nguyên, có rất nhiều đập trọng lực được xây dựng ở khu vực bán đảo Iberian, Bắc Phi và Trung Đông, những người La Mã cổ đại đã tạo một hồ chứa lớn nhất thời đó tại Homs Syria. Đập có chiều dài kỷ l ục là 2.000m, cao 7m và rộng 14m, dung tích hồ khoảng 90 triệu m 3 . Đập bê tông trọng lực được áp dụng khá rộng rãi và phổ biến những năm 30 của thế kỷ 20, nhiều đập bê tông cao đã được xây dựng với mục đích như tưới, phát điện và cấp nước sinh hoạt… và vấn đề an toàn ổn định là vấn đề quan tâm hàng đầu khi triển khai xây dựng các đập lớn. Đập Chambon được xây dựng (1929-1934) trên sông Romanche thuộc tỉnh Rhône-Aples miền Tây Nam nước Pháp có chiều cao 136,7m là bê tông trọng l ực cao nhất Châu Âu trong khoảng 20 năm, bề rộng đỉnh đập là 5m, móng là 70m. Thể tích đập 415.000 m 3 . Dung tích hồ 51 triệu m 3 nước, lưu vực hồ rộng 220 km 2 trong vùng Alpes nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp. Đập bê tông trọng lực cao nhất là đập Grand Dixence được khởi công năm 1951 và hoàn thành vào năm 1962 tại Swiss Alps với chiều cao 285m. Tốc độ xây dựng đập trên thế giới tăng nhanh vào những năm 1950 đến 1980, thời kỳ này có khoảng 5.000 đập lớn được xây dựng trên toàn thế giới. Tập 6 trung chủ yếu ở các nước phát triển ở khu vực Bắc Mỹ và Châu Âu, nơi có nền khoa học kỹ thuật tương đối phát triển. Hình 1.6 Mặt cắt ngang đập Chambon Hình 1.5. Đập Chambon, Pháp 7 Theo thống kê của hộ đập cao thế giới (ICOLD), tính đến năm 2000, trên thế giới đã có khoảng 45.000 đập lớn phân bố ở 140 nước. Năm nước hàng đầu về xây dựng đập trên thế giới bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Tây Ban Nha và Nhật Bản. Số lượng đập trong các nước này chiếm khoảng 80% tổng số các đập lớn trên thế giới. Chỉ riêng Trung Quốc đã xây dựng kho ảng 22.000 đập lớn trong thế kỷ 20 và tập trung vào khoảng thời gian sau năm 1949 (trước năm 1949 Trung Quốc chỉ có 22 đập lớn), các nước khác là Mỹ khoảng 6.575, Ấn độ 4.291, Nhật Bản 2.675 và Tây Ban Nha khoảng 1.196. Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đập đã được xây dựng trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 30%. Trung Quốc hiện nay đ ang đứng đầu thế gới về số lượng đập được xây dựng. Trong quá khứ, đập đã được xây dựng từ thời xa xưa ở Trung Quốc, tại tỉnh Thiểm Tây, người ta đã cho xây dựng hệ thống thủy lợi Zhibo (năm 453 tr.CN) và Dujiangyan (năm 219 tr.CN) với đập dâng bằng đá xây cao 3,8m rất nổi tiếng. Đến đầu thế kỷ XX, những đập bê tông được xây dựng ở vùng Đông Bắc cùng với những đập dâng bằng đá xây để cấp nước sinh hoạt và một số đập đất để lấy nước tưới. Cho đến năm 1949 mới chỉ có 22 đập lớn được xây dựng. Hình 1.7 Tốc độ phát triển đập từ năm 1900 đến năm 2000 [...]... tip thu lc thng h lu rừ rng Cụng trỡnh Thỏc B tuy cú b tiờu nng nhng v c bn l khụng chiu di, mi phúng ca khong gia li phúng ỳng vo sõn sau nờn ch tiờu nng ht sc phc tp Ch qua l nm 1971 trong lỳc thi cụng cng nh x lu lng qua trn nm 1990 gõy h hi cho phớa sau sõn sau, nm 2000 ó phi tin hnh sa cha Nu x l thng xuyờn hn nh cỏc cụng trỡnh iu tit mựa (Ho Bỡnh, Tr An) thỡ chc cụng trỡnh ó h hng nhiu hn,... cỏc phng trỡnh thớch hp c ỏp dng cho mi mt cụng trỡnh trỏnh phỏ hoi do xúi, hai phng phỏp sau õy l cú th: Mt l trỏnh hỡnh thnh xúi mt cỏch ton din lan rng, hai l gii hn v trớ v phm vi xúi Do cỏc cụng trỡnh kim soỏt xúi l khỏ t, thng ch phng phỏp th hai l thng kh thi v kinh t Phm vi xúi b chi phi bi cỏc bin phỏp sau: Gii hn lu lng n v qua trn, ho khớ v lm phõn tỏn dũng phun, tng sõu mc nc h lu bng cỏch... trỡnh thu in loi ln v va c ng dng tiờu nng x l kiu dũng phun Mt s im hn ch khi ỏp dng ni tip hỡnh thc tiờu nng dũng phun, cn cú bin phỏp x lý tho ỏng v khi thit k tiờu nng nờn chỳ ý y cỏc yu t bt li sau õy: i vi trng hp p trn x l t cnh p vt liu a phng, cn chỳ ý ti dũng phun gõy ra dũng chy qun h lu lm xúi l chõn p 17 To sng mự trong quỏ trỡnh nc nhy s nh hng ti vn hnh trm thu in v giao thụng u mi,... nng cc ln trc tip o xúi ct t thỡ cú th gõy nguy hi n n nh ca nn v b B dc cú kh nng b xúi sp hoc do trng thỏi dũng chy vũng xoỏy o xúi lm nguy hi ti n nh vai õp, bi lp dũng sụng h lu hoc kờnh dn phớa sau hoc to nờn khi lng x lý cụng trỡnh quỏ ln Súng v do nc nhy v dũng xoỏy s uy hip ti trm thu in v õu thuyn hot ng bỡnh thng Thc t ch lm vic ca cỏc cụng trỡnh x thuc cỏc cụng trỡnh thy in Vit Nam, cho... hnh cha t lu lng thit k (khong 40-50%), nhng h lu cụng trỡnh x v p dõng nc ó cú nhng nh hng xu lm st l chõn p h lu v b sụng (Thỏc B, Ho Bỡnh, Ialy v.v) iu ú cho thy vic tớnh toỏn v nghiờn cu v tiờu nng sau cha tht s hon chnh.Vn t ra l nu vn hnh y 100% cụng sut x thit k thỡ iu gỡ s sy ra i vi h lu Vic to ra h xúi nhõn to hoc thiờn nhiờn cn c tớnh toỏn k lng cựng vi vic nghiờn cu mụ hỡnh thu lc (mụ... (khong 5-10m) vi kt cu n gin, d thi cụng, thi im ny hu nh cụng tỏc thit k, nguyờn vt liu v ch o thi cụng l do cỏc k s nc ngoi thc hin Cỏc cụng trỡnh bờ tụng xõy dng trong thi gian ny hu nh b h hng ỏng k sau mt thi gian vn hnh, nguyờn nhõn mt phn do cụng tỏc kho sỏt cha k, mt phn gii phỏp cụng trỡnh cha hp lý, cụng ngh thi cụng cha phự hp vi iu kin trong nc Trong giai on t 1930 n 1945, mt s p bờ tụng trng... (Ho Bỡnh, Tr An) thỡ chc cụng trỡnh ó h hng nhiu hn, nng hn Quan nim cho rng vic an chộo cỏc dũng chy khi phúng ra s cú hiu qu tiờu nng ln nờn lm b tiờu nng quỏ ngn, khoang trn gia li cho phúng ra sõn sau thỡ dự l ỏ xp cng ó b trụi, thm trớ dự l bờ tụng ct thộp vi ng nng y cng khụng chu ni Cụng trỡnh thy in Ho Bỡnh, ni tip h lu cú dng dc nc vi mi phun, h xúi c n mỡn trc nhng khụng bc d s hỡnh thnh dn... 200ữ300m3/sm khụng cũn him gp na i vi trn p vũm thỡ lu lng n v thit k ngy nay lờn ti 70m3/sm v ti 120m3/sm, trn qua l x cao trỡnh thp cú th x n 300ữ400m3/sm Cỏc phng phỏp hin nay dựng tớnh xúi c nhúm li nh sau (Bollaert & Schleiss 2002 [1]): cụng thc kinh nghim do quan trc trong phũng thớ nghim v ngoi hin trng; cụng thc kt hp vic quan trc trong phũng thớ nghim, ngoi hin trng vi vic phõn tớch bn cht vt lý;... chiu cao p tng i ln a phn u s dng hỡnh thc p bờ tụng trng lc Thng kờ gn 40 p ln ca cỏc cụng trỡnh thy in ó v ang xõy dng trong nc cho thy: trc nhng nm 2000, cỏc p ln hu ht l p vt liu a phng (ỏ , t ỏ, t); sau nm 2000, xu th gia tng vic xõy dng cỏc p bờ tụng v p ỏ - bờ tụng bn mt (bng 1.7) Dự kt cu p l loi vt liu gỡ, tt c cỏc cụng trỡnh thy li, thy iờn u phi b trớ p trn thỏo l Hu ht cỏc p trn bng vt liu... tỏn dũng phun, tng sõu mc nc h lu bng cỏch xõy p h lu, o trc h xúi, gia c h xúi bng bờ tụng Nghiờn cu mụ hỡnh thy lc vn l phng phỏp tip cn tt nht cho xúi nn ỏ Cú th cú mt vi phng phỏp mụ hỡnh hoỏ nn ỏ sau õy: Mt l mụ hỡnh húa nn ỏ bi vt liu ri, vi kớch thc viờn ỏ ri cú ng kớnh trong 21 mụ hỡnh c tớnh i t kớch thc khi ỏ nguyờn hỡnh theo t l hỡnh hc hoc c qui i t vn tc xúi cho phộp ca nn ỏ Hai l mụ hỡnh . Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ HÌNH THÀNH HỐ XÓI SAU CÔNG TRÌNH THÁO LŨ 3 1.1 Đập bê tông và đập bê tông trọng lực 3 1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực 4 1.3 Nối. CẤP BỘ - 2010 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ XÓI SAU TRÀN VẬN HÀNH ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC MÃ SỐ ĐỀ TÀI: I170 . trọng lực hay đập vòm, hố xói nằm ngay chân đập. Đề tài này tiến hành phân tích sự ổn định của đập bê tông trọng lực khi xét đến sự ảnh hưởng của việc hình thành hố xói dưới tác dụng của dòng phun.