CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN TRÊN THẾ GIỚI 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG: Đập và hồ chứa có những đóng góp rất lớn tới môi trường và sự phát triển kinh tế của khu vực. Trong đó công trình xả lũ nơi đầu mối hồ chứa đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình thực hiện dự án. Hầu hết quy mô các công trình xả lũ được nghiên cứu lựa chọn sao cho thoả mãn các điều kiện: - Xả lũ được thuận lợi, hạn chế đến mức thấp nhất các ảnh hưởng xấu đến chế độ thủy lực của dòng chảy ở hạ lưu.
- Nâng cao vừa đủ đầu nước trước đập để có thể dẫn nước vào kênh đảm bảo tưới tự chảy cho phần lớn diện tích đất canh tác của khu tưới. - Diện tích ngập lụt ít nhất. - Thi công thuận lợi, quản lý vận hành dễ dàng. - Có khối lượng xây dựng và giá thành hợp lý.
- Phù hợp với cảnh quan môi trường. Đập dâng tràn là biện pháp công trình để dâng cao mực nước trong sông suối phục vụ tưới tự chảy cho khu vực nhỏ lân cận mà vốn đầu tư không cao, xây dựng không phức tạp như biện pháp hồ đập. 0 B b H Vo Z δ P1 P hh 0 Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng của đập tràn Với: b: Chiều rộng đập tràn: là chiều dài đoạn tràn nước. P1: Chiều cao của đập so với đáy kênh hoặc sông thượng lưu.
P: Chiều cao của đập so với đáy hạ lưu. H: Cột nước tràn: là chiều cao mặt nước thượng lưu so với đỉnh đập. δ: Chiều dày đỉnh đập. hh: Chiều sâu cột nước hạ lưu.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hn: Độ ngập hạ lưu: là chiều sâu từ mặt nước hạ lưu đến đỉnh đập (khi nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập), h n = h h - P Người ta phân loại các dạng công trình xả lũ theo các tiêu chí sau: 1) Phân loại theo hình dạng kích thước mặt cắt ngang tràn: Theo cách phân loại này đập tràn có thể chia ra làm 3 loại sau đây: a. Đập tràn thành mỏng (hình 1-1). Khi chiều dày của đỉnh đập δ < 0.67H, làn nước ngay sau khi tràn qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn. Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 1-2).
Khi chiều dày đỉnh đập ảnh hưởng đến làn nước tràn, nhưng không quá lớn, cụ thể là: 0.67H < δ < (2÷3)H Mặt cắt đập có thể là đa giác hoặc hình cong. H O = 90 O a §¸ x©y a) b) c) Hình 1-2: Mặt cắt của tràn thực dụng a) Đập thực dụng hình cong; b) Đập thực dụng hình thang; c) Đập tràn thực dụng có cửa van điều tiết lưu lượng c. Đập tràn đỉnh rộng (hình 1-3). Khi đỉnh đập nằm ngang (hoặc rất ít dốc) và có chiều dày tương đối lớn: (2÷3)H < δ < (8÷10)H Trên đỉnh đập hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đổi dần.
Nhưng nếu chiều dày đỉnh đập quá lớn δ > (8÷10)H, thì không thể coi là đập tràn nữa mà phải coi như một đoạn kênh. Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 13 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật H P1 P Hình 1-3: Mặt cắt của tràn đỉnh rộng 2) Phân loại theo hình dạng cửa tràn: H H H H a. Đập tràn cửa chữ nhật (1-4a) c. Đập tràn cửa hình thang (1-4c) b.
Đập tràn cửa tam giác (1-4b) d. Đập tràn cửa hình cong (1-4a) Hình 1-4: Các hình dạng cửa tràn 3) Phân loại theo dạng tuyến đập trên mặt bằng: a. Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng đường thẳng. - Đập tràn thẳng hoặc tràn chính diện (hình 1-5a) - Đập tràn xiên (hình 1-5b) - Đập tràn xiên (hình 1-5c) b.
Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng không phải là đường thẳng. - Đập tràn hình gãy khúc (hình 1-5d) - Đập tràn hình cong (hình 1-5e) - Đập tràn khép kín (thường là kiểu giếng đứng) (hình 1-5f) b Hình 1-5: Các dạng tuyến đập 4) Phân loại theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đối với dòng chảy: a. Đập tràn không ngập, lúc đó Q và H đều không phụ thuộc vào h n. Đập tràn chảy ngập: Khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập đến mức độ ảnh hưởng đến hình dạng làn nước tràn và năng lực tháo nước của đập.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 14 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ngoài ra đập tràn cửa chữ nhật còn phải căn cứ vào quan hệ giữa chiều dài tràn nước của đập với chiều rộng lòng dẫn ở thượng lưu mà chia ra hai loại là: đập không có co hẹp bên và đập có co hẹp bên. 5) Phân loại theo hình thức kết cấu, vật liệu làm đập: Đối với đập dâng tràn thường được phân loại theo các hình thức sau: a. Đập gỗ tràn nước: Theo kết cấu có các loại: - Đập cọc gỗ (Hình 1-6a) : Dùng cọc gỗ kết hợp với vật liệu đất đá - Đập tường chống: Bản chắn nước và các tường chống đều bằng gỗ. - Đập cũi gỗ (Hình 1-6b): Dùng cũi gỗ trong đó chứa đất, cát, đá để tạo thành đập Vật liệu gỗ tuy sẵn có nhưng loại đập này không nên khuyến khích phát triển nhất là trong điều kiện diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp hiện nay.
Hình 1-6: Một số dạng đập gỗ b. Đập đá tràn nước: Sử dụng vật liệu đá kết hợp với một phần vật liệu khác như đất, bê tông. Do khối đá đổ thân đập có chuyển vị nên mặt tràn thường bị biến dạng sau mùa lũ cần phải tu sửa lại. - Đập trên nền đất (Hình 1-7a): có mặt tràn nước thoải - Đập trên nền đá (Hình 1-7b): có mặt tràn dốc hơn, ở đỉnh và chân mái hạ lưu có khối bê tông giữ ổn định, mặt tràn được xây bằng tấm bê tông hoặc đá xây.
Hình 1-7: Một số dạng đập đá tràn nước c. Đập bằng rọ đá: (Hình 1-8c) d. Đập BT (Hình 1-8a) , hỗn hợp BT, BTCT - vật liệu địa phương (Hình 1-8b): Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 15 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật §¸ x©y a) b) c) Hình 1-8: Đập dâng phân theo vật liệu làm đập - Đập xen cốp: gồm bản mặt và các vách dọc ngang bằng đá xây phía trong chất đầy bằng vật liệu tại chỗ như: đất, cát, sỏi, đá - Đập đá xếp bọc bê tông: phần lõi là khối đá xếp. Đập cao su: Thân đập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí để tạo thành vật chắn nước.Thành túi được gắn chặt với bản đáy bằng BTCT tiếp giáp với nền.
Khi tháo lũ thì xả hết nước hay không khí để túi xẹp xuống bản đáy và nước chảy tràn tự do trên đó. Hình 1-9: Đập cao su 6) Phân loại theo phương thức giữ ổn định: Theo cách thức giữ ổn định có các loại đập sau: Đập trọng lực, đập vòm, đập trụ chống. - Đập trọng lực giữ ổn định nhờ trọng lượng bản thân, đập có thể làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, đá xây, đá đổ, đá bọc bê tông. (hình 1-10) - Đập vòm có thể bằng đá xây nhưng là đập rất thấp, phần lớn làm bằng bê tông, bê tông cốt thép.
(hình 1-11) Các mặt cắt nằm ngang đập là những vòng vòm, chân tựa vào hai bờ do vậy yêu cầu về địa chất nơi xây dựng đập phải tốt thường là đá rắn chắc. Ngoài địa chất phải tốt thì địa hình cũng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng xây dựng đập. Lòng sông có mặt cắt chữ V là trường hợp địa hình lý tưởng nhất để xây dựng đập vòm. Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 1-10: Một số loại đập trọng Hình 1-11: Sơ đồ đập vòm lực cải tiến a) Đập trọng lực khe rỗng; b) Đập trọng lực có lỗ khoét lớn - Đập trụ chống được tạo bởi các bản chắn nước nằm nghiêng và các trụ chống để đỡ bản.
Đập có các hình thức sau: đập chắn nước và đập tràn nước. Hình 1-12: Các dạng đập trụ chống chắn nước a) Đập bản phẳng; b) Đập liên vòm; c) Đập to đầu Hình 1-13: Các dạng mặt cắt đập trụ chống cho tràn nước 7) Theo hình thức điều tiết lưu lượng có cửa van hay không cửa van: Ưu điểm của cửa van: Tháo cùng một lưu lượng thì loại không có cửa van cần một cột nước cao hơn. Muốn giảm thấp MN trong hồ cần phải tăng chiều rộng đường tràn làm tăng khối lượng đập, giá thành công trình tăng lên; thêm nữa cửa van tạo khả năng tháo bùn cát hay vật nổi một cách dễ dàng. Tuy vậy, việc chế tạo, thi công và quản lý vận hành cửa van phức tạp.
Do vậy, cửa van thường chỉ áp dụng cho những công trình có mực nước, lưu lượng lớn và khu vực ngập ở thượng lưu lớn. Ở đập tràn thường sử dụng loại van trên mặt. Đặc điểm của loại này là khi đóng đầu van nhô lên khỏi mặt nước. Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 17 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật a) b) c) Hình 1-14: Một số loại van trên mặt thường được sử dụng a) Phai; b) Van phẳng kéo lên; c) Van cung; d) Van trụ lăn 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRÀN ZÍCH ZẮC: Trong hệ thống thủy lợi thủy điện ngày nay, đập tràn kiểu mới có ngưỡng zích zắc đang được tiếp tục nghiên cứu, áp dụng ở nước ta và nhiều nước trên thế giới. hình thức tràn này ra đời xuất phát từ yêu cầu tăng khả năng tháo nhưng vẫn phải giữ nguyên bề rộng tháo nước như cũ đồng thời đơn giản trong quản lý vận hành công trình. Khi mà các hình thức tràn tự do khác như tràn ngang hay tràn dọc đều không thoả mãn yêu cầu trên thì hình thức đập zích zắc đang chứng minh được tính ưu việt của nó. Khởi đầu từ những năm 60 của thập kỷ 17, hình thức đập này ban đầu được hình thành dựa trên nguyên lý kéo dài ngưỡng tràn (chiều rộng tràn nước) để nâng cao đầu nước và tăng khả tháo nước khi cần.
Dựa trên nguyên lý này, người ta cải tạo ngưỡng tràn truyền thống có phương vuông góc với phương dòng chảy thành một số hình thức khác như tràn ngưỡng xiên so với phương dòng chảy, tràn ngưỡng hình chữ Z, tràn ngưỡng cong v.