CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE XÂY DUNG CÁC DAP TRAN CAO VÀ VAN DE KHÍ THUC TREN MAT TRAN 1. Tinh hình xây dung đập bê tông trọng luc và dap tran cao ở Việt Nam. Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện trên thé giới Từ xa xưa con người đã biết đắp đập trữ nước, chủ yếu dùng cho sinh hoạt và nông nghiệp. Dấu tích các đập ít nhất từ 3.000 năm trước công nguyên đã tìm thấy ở Jordan, Ai Cập va vùng Trung Đông.
Nhưng từ nửa sau của thế kỷ XX, xây dựng đập mới trở thành một trào lưu mạnh mẽ do nhu cầu phát triển công nghiệp, thủy điện và phòng chống lũ. Theo thống kê năm 1998 của Uỷ ban đập nước thế giới (World Commission on Dams — WCD), nhân loại đã xây dung được 47.655 đập cỡ lớn ở 140 nước trên thế giới. Năm nước có nhiều đập nhất là Trung Quốc có 22.291 đập, Nhật Bản 2.675 đập và Tây Ban Nha là 1. Theo khu vực đứng đầu là châu A với 31.340 đập, tiếp theo là Tây Au 4.277 đập, Châu Phi 1.299 đập, Đông Âu 1203 đập, Nam Mỹ 979 đập, Bắc và Trung Mỹ 801 đập.
Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nước có nên kinh tế nông nghiệp, tài nguyên nước có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền vững của đất nước. Lịch sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn liền với sự hình thành của hệ thống đê điều chống lũ hàng ngàn năm với hệ thống kênh rạch để mở mang vùng đất mới, phát huy mặt lợi của nước, hạn chế mặt hại để tồn tại và phát triển. Cũng chính nhờ lợi thế đó, một nền văn minh lúa nước đã hình thành từ nghìn năm ở Dong bằng sông Hong và di cư vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm trước đây. Tuy vậy, nhưng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống đâu môi thủy lợi ở nước ta chậm hơn so với các nước phát triên trên thê giới.
Từ khi nước Việt Nam dân chủ cộng hòa ra đời nhất là sau khi hòa bình lập lại, thủy lợi nước ta mới thật sự trở thành một ngành thuộc kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội được ưu tiên đầu tư. Đến nay cả nước có khoảng 10.000 hồ chứa lớn nhỏ trong đó có khoảng 500 hồ chứa có đập lớn đứng hàng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập cao trên thế giới. Trong số các đập có chiều cao nhỏ hơn 60m thì đập vật liệu địa phương chiếm tới hơn 80%, còn đối với đập có chiều cao lớn hơn 60m thì đập bê tông nói chung và đập bê tông trọng lực nói riêng lại chiếm một tỷ lệ đáng kể. Đầu mối các công trình Bản Chat, Bản Vẽ, Hua Na, Trung Sơn, Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Sơn La, Lai Châu, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Tân Giang, Lòng Sông, Định Bình, Nước Trong.
có các đập bê tông trọng lực lớn và đập tràn cao với khối lượng tới hàng triệu mỶ, chiều cao đập đến hàng trăm mét. Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có Gắn liền với các hệ thống đầu mối thủy lợi nêu trên là các công trình tháo lũ, làm nhiệm vụ tháo phần nước lũ không thể chứa trong hồ, có khi chúng còn được đặt ở dưới sâu và đảm nhận việc tháo cạn một phần hay toan bộ hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa. Công trình tháo lũ trên các hệ thống đầu mối thủy lợi rất đa dạng. Dưới đây là bảng thống kê các công trình có đập trọng lực và đập tràn cao ở Việt Nam.1: Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [10] An SA ` Năm A Loai.
| Chiều ` SA cà Qxá | Dung tích | Dung tích Tên công trình | xây A. cao | Hình thức tràn | max x ĐA wy dun dap Hmax (m/s) toàn bộ | hữu ich tiểu (105m) | (105m?) Xp: ` 2003- Dap tran+ mũi Hồ Dinh Bình 2006 | P 50 phun kao 2004- Doc nước + Ho Cửa Dat 2009 C 118,5 Tiêu năng đáy 11.364,8| 1070,8 Hô Nước Trong | 2006- | D 72 Đập tràn + bê Năm |xu„,| Chiều axa | Dụng | Dune 'Tên công trình | xây 108 cao | Hình thức tran | max | ch teh dựng ' đẾP ' Hmay (MỜ) | Hàn hộ Bane (402m) (10m) i 2010 tiêu năng ện Hồ Tran BT 6 cia Ba eee [TẾT | B | 128 |xàmtvảl2 | 35.600 cửa xã đá av aie 1993- ân có Thủy điệnlaly | Ủy; B | 69 |Trine6cia - | 13733 7T9 jm thuận | 1996- Đốc nước + mũi TÐHàmthuận | Soop |B | 935 | bee 1997- an bộ ‘TD Dami Soon) B | 80. | Train bén edo TPĐANHh 2003- oar B | SE cal Cổ cửa' Die | age + mts De 7.900 TPPlilrog 2004- | Op Đập pe teint mũi TĐAVương 2004- | Aye iD | 72 có cửa + De | SO 3435 2665 Có cửa tee 2003- cia 1D To Quine [Gann | C | T0 | made ti TD Tuyên 2002- Đập trăn + đốc Quan, 2007 C | 9%? | nướct mũi phun TD pd 2005- cố cửa + Mỗi TP Bing Nai3 | 2y | P| 108 lạm 10400 TD Đồng N4 5 2005- | hip D | 125 cố |e cửa + Mũi 10000 7 Đập teint mỗi Sésan 3 Bà Scand D Đập teint mũi phun 2006- “Tran mật > xã Sơn La 2010 | P| T31 | aiy-+ mũi phun 260 Bản Ve 3 2005- 2u | P| 1 Đập lun trăn! mũi 1.800 5 2005- Đập tràằnt mũi SôngBaH | 319 | A | 50 [hàm 349.7 Ghichi: -A: Dap đất ~B: Đập đá dé có lõi chống thắm. ~ C: Đập đá đỗ bê tông bản mặt - D: Bê tông dim lăn ~ E: Bê tông thường Hình1.2:Đậptrànv dâghồcứanướCửĐạt „m Hình 1.3: Đập tràn và Đập dang Công trình thủy điện Đồng Nai 4 E01) meg 6i pee Shee a m k 1.
Dieu kiện làm việc của đập tràn cao. Đôi với công trình tháo nước nói chung cũng như đôi với đập tràn cao nói riêng thì dòng chảy qua đập có lưu lượng và lưu tốc lớn, nó tác động đến quá trình làm việc của công trình tháo nước. Các dòng chảy cao tốc có những nét đặc thù sau: - Co mức độ xáo trộn mãnh liệt, mạch động áp lực, lưu tôc. có tri sô lớn, ảnh hưởng trực tiếp tới ôn định và độ bền công trình.
Quán tính của don vị thé tích nước rất lớn, trong khi trở lực của độ nhớt không thé hiện rõ ràng. Dòng chảy rất nhậy bén với đường biên: Các nhiễu động phát sinh tại một điểm bat kỳ trong dòng chảy có thé được truyền đi và gây ảnh hưởng trong một phạm vi rất rộng xuôi theo chiều dòng chảy. Khi xem xét xử lý các hiện tượng thủy lực đặt biệt trên đập tràn có cột nước cao cân phải xét tới tác dụng của dòng cao tôc tác dụng lên tràn Đặc trưng mạch động của tải trọng thủy động gây nên ứng suất mỏi trong kết cấu. Khí thực và xâm thực khí thực trên bề mặt đập tràn.
Hàm khí và thoát khí làm thay đổi chiều sâu dòng chảy gây chấn động hoặc nước va trong đường xả kín. Sự hình thành và truyền sóng nhiễu trong lòng dẫn không áp. Khả năng mài mòn thành lòng dẫn khi dòng chảy mang theo nhiều bùn cát thô. Tác dụng của khí thực Khi dòng chảy có lưu tốc lớn trên đập tràn đi qua các vị trí có gồ ghé cục bộ, các dòng tia sẽ không còn bám sát thành rắn, tạo nên chân không ở phía sau các mau này.
Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân giới thì sẽ xuất hiện hàng loạt bong bóng chứa hơi nước, khi đó hình thành khí hóa. Các bong bóng chứa hơi nước sẽ được dòng chảy cuốn theo đến vùng có áp suất cao hơn, chúng bị ép mạnh từ mọi phía và bị tiêu hủy. Nếu sự tiêu hủy này xảy ra dồn đập ở gần bề mặt tràn sẽ tạo ra một xung lực lớn và lập lại nhiều lần làm cho bê tông mặt tràn bị mỏi, dẫn đến bong rời, khi đó hiện tượng khí thực hình thành trên bề mặt tràn. Khí thực thường phá hoại bề mặt tràn trong một phạm vi nhất định gọi là hố xâm thực.
Dưới đây là một vài trường hợp về xâm thực khí thực trên các công trình tháo trên thé giới và Việt Nam trong thời gian gần đây: - Đập tràn Bratxcaia (Nga): Nguyên nhân gây xâm thực mặt tràn là các bậc lồi dé lại sau khi đỡ cốt pha và không được bạt đi kịp thời, các khe thi công không được lấp nhét kĩ và các gồ ghé khác. Trên mặt của một khoang tran làm việc liên tục 11 ngày đêm đã hình thành một hồ sâu 1,2m, thé tích gần 12m’, ở các khoang khác, các hồ sâu từ 0,2m đến 0,4m.5: Khí thực trên mặt tràn đập Bratxcaia (Nga) [1] 10 - Đập tràn Thác Bà: Đập tràn Thác Bà bắt đầu xây dựng vào năm 1971, mặt tràn dang Ophixerop, tràn gồm 3 khoang x 10m có cửa van, khoang giữa có mũi phóng, hai khoang bên theo sơ đồ tiêu năng đáy, sân tiêu năng dài 28,6m, ở cuối có bồ trí 7 mồ tiêu năng, giữa các mé là mũi phun thấp hình nêm. Năm 1990 tràn xả lưu lượng Q = 1.300m”/⁄s qua 3 khoang khi mực nước hạ lưu ở cao trình 27,65m (sân sau ở cao trình 20m). Nghiên cứu điều kiện làm việc của đập tràn cho thấy với lưu lượng nay thì chiều dai sân không đủ dé tạo nước chảy ngập trong bê ứng với mực nước hạ lưu là 27,65m, dòng chảy trên bề mặt vẫn là dòng chảy xiết, với vận tốc tại đáy bé là 22,8 — 25m/s, do đó tại các mũi phun sẽ sinh tách dòng tạo chân không dẫn đến khí thực.
Kết quả là mặt sân tiêu năng giáp với các mồ 5, 6 bị bong tróc bê tông từ 10+20cm, tro cốt thép dọc, cốt thép ngang bị đứt, các thành đứng của các mũi phun thấp hầu hết dưới chân bị bóc rỗ sâu 5+ 10cm (hình 1. Đây là hậu quả của xâm thực khí thực do bề mặt có gồ ghé cục bộ và đường viền của các mũi phun thấp có cau tạo chưa hợp ly [1].6: Xâm thực mũi phun cuối bề ở đập tràn Thác Bà II - Hệ thong đập Bái Thượng — Sông Chu (Thanh Hóa) Hệ thống được xây dựng vào năm 1920, hoàn thành năm 1926, trong hệ thống có đập tràn trọng lực ngăn sông Chu để dâng nước đưa vào hệ thống công trình dẫn nước.