CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DỐC NƯỚC VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG THỦY LỰC BẤT LỢI TRÊN DỐC NƯỚC 1.1 Khái quát về dốc nước 1.1 Dốc nước và phân loại dốc nước 1.1 Khái niệm dốc nước a) b) Hình 1.1 Sơ đồ dốc nước điển hình a) Cắt dọc dốc nước; b) Mặt bằng dốc nước Dốc nước là một trong các thành phần công trình của đường tràn dọc tháo lũ ven bờ, là loại kênh dẫn hở có độ dốc lớn, được xây dựng trên nền đất hoặc nền đá, nối tiếp sau ngưỡng tràn để đưa nước xuống hạ lưu (hình 1. Đường tràn dọc tháo lũ ven bờ là loại công trình tháo lũ kiểu mặt và thường gặp nhất khi không được phép hoặc không có điều kiện để tháo nước qua thân đập. Các bộ phận của đường tràn tháo lũ bao gồm kênh dẫn vào và tường cánh phía thượng lưu, ngưỡng 4 tràn (có thể là tràn tự do hoặc có cửa van), kênh tháo để đưa nước xuống hạ lưu (dốc nước hoặc bậc nước) và bộ phận tiêu năng. Loại công trình này có các ưu điểm là: + Thi công và quản lí đơn giản vì nó dạng công trình hở; + Xây dựng được trong nhiều điều kiện địa hình khác nhau, có thể bố trí ở đầu đập, sát ven bờ hoặc ở những vùng eo núi khác trong lưu vực, cách xa thân đập; + Yêu cầu về địa chất không cao, có thể xây trên nền đá, nền đá xấu và cả trên nền đất; + Lưu lượng tháo có thể từ hàng chục m3/s đến hàng vạn m3/s, chiều dài diện tràn từ hàng chục đến hàng trăm mét, tùy theo yêu cầu của công trình, phụ thuộc vào địa chất của nền và hạ lưu công trình; + Việc sử dụng hoặc tăng khả năng tháo lũ của công trình không phức tạp như công trình ngầm, độ an toàn về sự phòng tháo lũ lớn, do đó nó là loại công trình tháo lũ an toàn.
Như vậy có thể thấy dốc nước là một thành phần rất quan trọng của đường tràn dọc không chỉ có tác dụng tháo nước xuống hạ lưu mà còn đảm bảo được sự an toàn cho công trình khi hoạt động.2 Phân loại dốc nước: - Theo địa chất nền: dốc nước trên nền đá, dốc nước trên nền đất; a) b) Hình 1.2 Phân loại dốc nước theo địa chất nền a) Dốc nước trên nền đất; b) Dốc nước trên nền đá 5 - Theo vật liệu làm dốc nước: dốc nước làm bằng bê tông, dốc nước làm bằng bê tông cốt thép, dốc nước làm bằng đá xây, dốc nước làm bằng chính bản thân mái đào có địa chất tốt.3 Phân loại dốc nước theo vật liệu a) Dốc nước làm bằng bê tông cốt thép; b) Dốc nước làm bằng bê tông; c) Dốc nước làm bằng đá xây; d) Dốc nước bằng chính mái đào địa chất tốt. - Theo dạng tuyến: dốc nước thẳng, dốc nước cong; a) b) Hình 1.4 Phân loại dốc nước theo tuyến a) Tuyến thẳng; b) Tuyến cong - Theo hình dạng mặt cắt dọc: dốc nước có độ dốc không đổi, dốc nước có độ dốc thay đổi (gồm nhiều đoạn có độ dốc khác nhau), dốc nước có dạng mặt cắt dọc thích ứng với điều kiện địa hình (dốc lượn).5 Phân loại dốc nước theo hình dạng mặt cắt dọc a) Độ dốc không đổi; b) Độ dốc thay đổi (i 1 < i 2 < i 3 ); c) Uốn lượn theo địa hình 6 - Theo hình dạng mặt bằng: dốc nước có bề rộng không đổi, dốc nước có bề rộng thay đổi (mở rộng hay thu hẹp dần); a B1 B= const B1 B2 B3 B4 B2 B3 B4 a) b) c) Hình 1.6 Phân loại dốc nước theo hình dạng mặt bằng a) Bề rộng không đổi; b) Bề rộng mở rộng dần; c) Bề rộng thu hẹp dần - Theo hình dạng mặt cắt ngang: Dốc nước có mặt cắt ngang hình chữ nhật; hình thang; hình móng ngựa, hình bán nguyệt… a) b) c) d) Hình 1.7 Phân loại dốc nước theo hình dạng mặt cắt ngang a) Mặt cắt hình chữ nhật; b) Mặt cắt hình thang; c) Mặt cắt hình móng ngựa; d) Mặt cắt hình bán nguyệt - Theo độ dốc: Dốc nước có độ dốc lớn, dốc nước có độ dốc vừa, dốc nước có độ dốc nhỏ.8 Phân loại dốc nước theo độ dốc a) Độ dốc lớn; b) Độ dốc vừa; c) Độ dốc nhỏ - Theo hình thức kết cấu: Dốc nước độc lập, dốc nước kết hợp với bậc nước.9 Phân loại dốc nước theo hình thức kết hợp 7 - Theo hình thức nhám trên thân dốc : Dốc nước có bố trí nhám, dốc nước không bố trí nhám.10 Phân loại dốc nước theo hình thức nhám trên thân dốc a) Dốc nước không có mố nhám; b) Dốc nước có mố nhám - Theo hình thức tiêu năng cuối dốc nước: Dốc nước có tiêu năng cuối dốc dạng tiêu năng đáy (bể tiêu năng, bể kết hợp tường tiêu năng…); dốc nước có tiêu năng cuối dốc dạng tiêu năng mặt (mũi phóng, máng phun kết hợp tường hướng dòng…) a) b) Hình 1.11 Phân loại dốc nước theo hình thức tiêu năng cuối dốc a) Hình thức bể tiêu năng; b) Hình thức mũi phun 1.2 Đặc điểm cấu tạo và chức năng của dốc nước 1.1 Đặc điểm cấu tạo a) Đặc điểm mặt cắt ngang: Dốc nước là dạng lòng dẫn hở nên hình dạng mặt cắt ngang của dốc nước mang đặc tính điển hình của dạng kênh dẫn hở, tuy nhiên về chi tiết sẽ có sự khác nhau rõ rệt trong các trường hợp dốc nước xây dựng trên nền đá và dốc nước xây dựng trên nền đất cụ thể như sau: - Đối với dốc nước xây dựng trên nền đất, mặt cắt ngang dốc thường có dạng hình thang mái dốc 1:1 đến 1:1,5, cũng có trường hợp mặt cắt ngang hình chữ nhật hai bên bờ là tường trọng lực (Hình 1.2a) - Đối với dốc nước xây dựng trên nền đá, mặt cắt ngang thường là dạng hình chữ nhật hoặc là hình thang mái rất dốc (Hình 1. 8 b) Đặc điểm mặt cắt dọc: - Đối với dốc nước trên nền đất, mặt cắt dọc dốc nước được chia thành một số đoạn nhỏ và nối với nhau bởi khớp lún (Hình 1. Chiều dài các đoạn dốc có thể ngắn hoặc dài tùy thuộc vào hình dạng kết cấu mặt cắt ngang và độ dốc lựa chọn của dốc nước, thông thường hay chọn chiều dài mỗi đoạn dốc không quá 15m.
- Đối với dốc nước trên nền đá, mặt cắt dọc dốc nước thường không chia đoạn mà được làm liền khối với nhau, chiều dài dốc cũng thường ngắn hơn dốc trên nền đất do có độ dốc lớn hơn nhiều. Ngoài ra mặt cắt dọc dốc nước trên nền đá còn có dạng lượn bám theo đường địa hình mái đá (Hình 1. c) Đặc điểm về độ dốc: Điểm khác biệt rõ ràng nhất của dốc nước so với các hình thức kênh dẫn nước khác chính là có độ dốc lòng dẫn lớn. Độ dốc của dốc nước thường phụ thuộc vào các yếu tố địa hình, địa chất khu vực đặt dốc nước, kết cấu và vật liệu làm dốc nước… - Đối với trường hợp xây dựng dốc nước trên nền đất hoặc khu vực địa chất yếu thường lựa chọn hình thức có độ dốc không qua lớn và không đổi dọc theo chiều dài tuyến để đảm bảo tính ổn định của công trình, trường hợp địa chất tốt như nền đá dốc nước có độ dốc lớn có thể đạt tới 50%, ngoài ra độ dốc cũng có thể thay đổi theo địa hình để giảm bớt khối lượng đào.
- Đối với những dốc nước cấu tạo bằng bê tông cốt thép thường có độ bền cao, khả năng chống lúc tốt và đa dạng hơn về các hình thức do đó độ dốc của loại dốc nước này thường tương đối lớn. Trái lại, với các loại dốc bằng bê tông không cốt thép hoặc đá xây khả năng chịu lún kém dễ bị nứt gãy vì thế thường lựa chọn độ dốc không quá lớn và phân thành nhiều đoạn nhỏ để có thể bố trí khớp lún. c) Đặc điểm về hình thức kết cấu bản đáy: Bản đáy là bộ phận quan trọng nhất của dốc nước vì nó là vị trí chịu tải trọng trực tiếp của khối nước chảy qua, đồng thời cũng là vị trí chịu nhiều tác động xâm thực và mài 9 mòn của dòng chảy. Hình thức cấu tạo của bản đáy phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm địa chất nền đặt dốc nước: - Trường hợp dốc nước xây dựng trên nền đất và đá xấu (Hình 1.12a), đáy dốc phải gia cố bằng bản bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây và độ dốc không nên vượt quá 8%.
Chiều dày bản lát dốc nước trên nền đất và đá xấu có thể tính sơ bộ theo biểu thức của V.12 Các hình thức kết cấu bản đáy dốc nước - Trường hợp xây dựng trên nền đá (Hình 1.12b), độ dốc của đáy lớn hơn, các bản bê tông trên nền đá có chiều dày 0,15 -:- 0,6cm và nếu độ dốc lớn phải neo vào đá bằng các neo thép ϕ20 đặt cách nhau 1-:-2m, một đầu chôn sâu vào đá khoảng 1m, đầu kia gắn chặt vào bản bê tông. Trường hợp đặc biệt nếu nền đá tốt và không cần giảm độ nhám thì có thể không làm bản bê tông. Trong cả hai trường hợp (trên nền đá và trên nền đất) bản đáy đều phải có lỗ thoát nước để giảm áp lực thấm và áp lực đẩy nổi. d) Đặc điểm đoạn dốc thu hẹp: Trong xây dựng dốc nước để tiết kiệm khối lượng công trình, dốc nước được làm có bề rộng thu hẹp dần, tuy nhiên do thi công trên tuyến dài phức tạp nên thay vì làm dốc thu hẹp dần thường bố trí một đoạn thu hẹp tại đầu dốc (hình 1.
Hình dạng và kích thước đoạn thu hẹp được sẽ được lựa chọn phù hợp dựa vào các kết quả tính toán thủy lực để đảm bảo sự ổn định của dòng chảy trước khi vào dốc nước.13 Đoạn thu hẹp trên dốc nước e) Đặc điểm đoạn dốc cong: Khi muốn rút ngắn chiều dài dốc hoặc để tránh các chướng ngại vật của địa hình xây dựng, dốc nước có thể làm dạng tuyến cong có một số đặc điểm như sau: - Tại đoạn cong của dốc nước, tường bên phía bờ lõm thường làm cao hơn tường bên phía bờ lồi (hình 1.14a) hoặc đáy ngang của dốc nước làm nghiêng một góc β < α (hình 1.14b) để giảm khối lượng đào và chống hiện tượng tách dòng. - Nếu bề rộng (B d ) và lưu tốc trong dốc lớn, có thể làm các tường phân dòng để phân dòng chảy trong dốc thành nhiều luồng. Làm như vậy sẽ giảm được độ nghiêng của mặt nước (hình 1. r1 - Bán kính bờ lồi (r 1 ) nên chọn ≥ 1,5 .