CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRÀN CAO VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH HƯỚNG NGANG CỦA TRỤ ĐẬP 1. Tổng quan về xây dựng đập tràn cao 1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực lớn trên thế giới Nguồn nước trên thế giới đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống và hoạt động của con người.
Lượng dòng chảy bình quân hàng năm trên trái đất khoảng 40.000 km3, trong đó Châu Á chiếm khoảng 13%. Lượng nước tuy dồi dào song lại phân phố không đều theo thời gian và không gian. Vì vậy, để khai thác có hiệu quả nguồn nước trên phải xây dựng các công trình thủy lợi. Cách đây khoảng 4000 năm ở Ai Cập, Trung Quốc đã bắt đầu xuất hiện những công trình thủy lợi (đập, kênh mương và công trình đơn giản khác …).
Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, dài 450m có cốt là đá đổ và đất sét. Theo thống kê của Hội đập cao trên thế giới (ICOLD) [1] tính đến năm 2000 trên toàn thế giớ có khoảng 45000 đập lớn. Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có chiều cao H >15m và chiều dài L ≥ 5000m, Qxả lũ ≥ 2000 m3/s; hồ có dung tích W ≥1 triệu m3 nước được xếp vào loại đập lớn. Số lượng hơn 45000 đập phân bố không đều trên các châu lục.
Nước có nhiều đập lớn nhất trên thế giới là Trung Quốc với khoảng 22000 đập chiếm 48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ với 6575 đập và thứ ba là Ấn Độ với 4291 đập. Tiếp đến là Nhật Bản có 2650 đập, Tây Ban Nha có 1196 đập. Việt Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập lớn.
Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều, thống kê xây dựng đập từ năm 1990 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất là vào những năm 1950 và đỉnh cao là năm 1970. Theo thống kê đập ở 44 nước của ICOLD -1997[1], số đập cao <30 m chiếm 56,2 %, cao từ 30-150 m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ chiếm 0,1%. 5 Các thống kê về thể loại của đập ICOLD - 1986[1] cho thấy đập đất chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập trọng lực bê tông chiếm 12%, đập vòm chiếm 4%. Trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: đập đất chỉ chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5%.
Điều đó cho thấy, đập trọng lực bê tông chiếm ưu thế và sử dụng rộng rãi khi chiều cao của đập lớn. Từ những năm 1960 trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý thuyết tính toán ngày càng phát triển và hoàn thiện, kích thước và hình dạng đập ngày càng hợp lý, độ an toàn đập ngày càng được nâng cao. Thập kỷ 30-40 của thế kỷ 20 tỷ số giữa đáy đập B và chiều cao đập H bằng khoảng 0,9. Thập kỷ 50-60 tỷ số B/H = 0,8.
Thập kỷ 70 B/H=0,7 và từ thập kỷ 30-70 thể tích giảm được ( 20-30) %. Đã xuất hiện những đập trọng lực rất cao như đập bê tông Grande Dixence – Thụy Sỹ cao 285m, đập bê tông trọng lực Mica trên sông British Columbia ở Canada cao 244m , đập bê tông trọng lực Kishau trên sông Tons ở India cao 236m, một số đập điển hình được thống kê tại bảng 1. Bảng 1 - 1: Thống kê số lượng của đập cao điển hình trên thế giới [1] Chiều Dung Năm hoàn Tên đập Sông, Quốc gia cao tích hồ thành m tỷ m3 Grande Dixence Dixence, Switzerland 285 0,4 1962 Mica British Columbia, Canada 244 24,67 1972 Kishau Tons, India 236 24,67 1985 Bhakra Sutlej, India 226 9,87 1963 Dworshak U.A 219 4,259 1974 Longthan Hongshui, China 216 2009 Toktogul Naryn, Kyrgyzstan 215 19,5 1978 Almendra Tormes, Spain 202 2,649 1970 Itaipu Paraná, Brazil/Paraguay 190 29 1982 6 Miel1 Miel, Columbia 188 2002 Swift U.A 183 5,612 1945 Karakaya Firat, Turkey 180 9,58 1986 Takase 1 Japan 176 0,076 1979. Đập Grande Dixence ở Thụy Sĩ là đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới (đập cao 285 m) Đập Tam Hiệp – Trung Quốc (đập cao 181 m) 7 1.
Tình hình xây dựng đập Bê tông trọng lực ở Việt Nam Từ những năm 1930, ở Việt Nam đã xuất hiện một số đập bê tông trọng lực (dạng đập dâng) nhưng chỉ là những đập thấp, chiều cao chỉ 5 m đến 10 m. Các đập này kết cấu đơn giản, thi công thủ công và chủ yếu là do các kỹ sư người Pháp chỉ đạo thiết kế, thi công. Về nguồn vật liệu chủ yếu là nhập khẩu, cấp phối bê tông thường dựa vào cấp phối nghiên cứu ở nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ phù hợp với Việt Nam. Từ năm 1930 đến 1945 một số đập bê tông trọng lực đã được xây dựng như đập dâng Đô Lương (Nghệ An), đập Bái Thượng (Thanh Hóa), đập dâng An Trạch (Quảng Nam),… Từ năm 1945 đến 1975 do tình hình chiến tranh nên việc đầu tư xây dựng công trình thủy vẫn còn hạn chế.
Tuy nhiên ngành thủy lợi cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập tràn thủy điện Thác Bà, đập tràn thủy điện Cấm Sơn,… dưới sự giúp đỡ của các nước xã hội chủ nghĩa như Liên Xô, Trung Quốc. Từ năm 1975 trở lại đây, các công trình thủy lợi xây dựng nhiều và đa dạng về hình thức. Việc ứng dụng hình thức bê tông đầm lăn tại Việt Nam cũng đang phát triển và đã áp dụng thành công ở một số công trình như Định Bình (Bình Định), Nước Trong (Quảng Ngãi), A Vương (Quảng Nam)…Tuy là nước mới ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn nhưng Việt Nam có nhiều thế mạnh để phát triển, tiếp thu được công nghệ các nước đi trước, trong đó có Trung Quốc là nước đi đầu và có đặc điểm tự nhiên gần tương đồng như Việt Nam. Tính đến năm 2013 với số lượng đập đã và đang được xây dựng, Việt Nam đứng ở vị trí thứ 7 trên thế giới về tốc độ phát triển đập bê tông đầm lăn.
Từ đó số lương con đập lớn được xây dựng ngày càng nhiều.2) Bảng 1 - 2: Thống kê các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2016 [2] STT Tên công trình Chiều cao (m) Địa điểm xây dựng Năm hoàn thành 1 Plei Krong 71 Kon Tum 2007 2 Định Bình 54 Bình Định 2007 8 3 A Vương 70 Quảng Nam 2008 4 Sê San 4 80 Gia Lai 2008 5 Bắc Hà 100 Lào Cai 2008 6 Binh Điền 75 Thừa Thiên Huế 2008 7 Cổ Bi 70 Thừa Thiên Huế 2008 8 Đồng Nai 3 110 Đắc Nông 2011 9 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông 2012 10 Đak Đring 100 Quảng Ngãi 2013 11 Nước Trong 70 Quảng Ngãi 2014 12 Sơn La 138 Sơn La 2012 13 Bản Chát 130 Lai Châu 2013 14 Bản Vẽ 137 Nghệ An 2011 15 Sông Tranh 2 100 Quảng Nam 2010 16 Sông Côn 2 66 Quảng Nam 2010 17 Lai Châu 138 Lai Châu 2016 Đập thủy điện Sơn La, tỉnh Sơn La (đập bê tông đầm lăn, cao 138,1 m) 9 Thủy điện Lai Châu, tỉnh Lai Châu (đập bê tông đầm lăn, cao 137 m) 1. Tràn xả lũ và bố trí các bộ phận công trình ở đập tràn cao 1. Tràn xả lũ Trong đập bê tông trọng lực thì tràn xã lũ là bộ phận tháo lũ nằm ngay trên tuyến công trình có tác dụng tháo lũ, thường là tràn xả mặt có thể có cửa van hoặc không có cửa van. Việc bố trí đập tràn trong hệ thống đầu mối có quan hệ với điều kiện địa chất địa hình, lưu lượng tháo, lưu tốc cho phép ở hạ lưu… Khi lưu lượng tháo lớn, cột nước nhỏ nếu lòng sông không ổn định và nền không phải nền đá, có cấu tạo địa chất phức tạp thì hình thức bố trí công trình tháo nước có ý nghĩa quyết định.
Khi cột nước lớn phải tiêu hao năng lượng lớn việc chọn vị trí của đập tràn có ý nghĩa quan trọng. Bố trí các bộ phận công trình ở đập tràn cao Cấu tạo đập tràn nhiều chỗ giống đập không tràn, trong thủy điện đập tràn cao thì đập tràn thường được bố trí ở giữa lòng sông, hai bên tiếp xúc với đập dâng. Cơ bản đập tràn gồm các bộ phận chính như sau Khe lún và khe nhiệt độ Tiếp xúc giữa đập dâng với đập tràn, hoặc trong đập tràn cần bố trí khe lún và khe nhiệt độ dùng để tránh nứt nẻ do biến dạng nhiệt hoặc do lún không đều gây ra, người ta thường chia đập thành những đoạn, chúng được nối với nhau bằng những khe (trong các 10 khe này thường bố trí các vật chắn nước bằng nhựa dẻo hoặc tấm kim loại hoặc kết hợp cả hai), các khe này được gọi là khe vĩnh cửu, nó tồn tại trong suốt quá trình làm việc của đập. Thường thì khe lún cắt suốt chiều cao đập, đảm bảo cho các bộ phận làm việc độc lập với nhau, còn các khe nhiệt có thể cắt ngắn đến độ sâu nhất định.
Xác định khoảng cách giữa các khe cần xét đến sự phối hợp giữa các trụ pin và lỗ tràn thường dùng các hình thức như sau Bố trí khe lún và khe nhiệt độ [3] a. Khe ở giữa trụ pin chia trụ pin thành hai phần bằng nhau. Lúc nền lún không đều, lỗ tràn luôn đảm bảo hình dạng cố định, không ảnh hưởng đến sự làm việc của cửa van, loại này được sử dụng phổ biến trong thực tế. Khe lún ở hai bên trụ pin làm cho trụ pin và thân dập làm việc độc lập với nhau.
Đặc điểm trụ pin có thể làm mỏng hơn so với trường hợp a thích hợp với việc dẫn dòng thi công, nhưng có nhược điểm là lúc trụ pin hoăc thân đập bị nghiêng do lún không đều thì sẽ ảnh hưởng đến việc thao tác cửa van. Khe ở giữa lỗ tràn thành hai phần, còn hai bên trụ pin có khe nhiệt độ để thích hợp với sự biến hóa nhiệt độ của bộ phận trên khe đập; khe này không cần thông suốt từ thân xuống dưới nền. Nhược điểm: khi lún không đều giữa 2 đoạn kề nhau thì sẽ dễ bị hở, rò nước phía dưới van. Khe biến dạng có dạng phẳng hoặc dạng hình khớp.
Loại khe phẳng có cấu tạo đơn giản và được dùng khá phổ biến. 11 a) b) Cấu tạo khe lún a) dạng phẳng b) dạng khớp [3] 1.Tấm kim loại, 3.Giếng nhỏ chứa bitum, 4.Giếng thoát nước và kiểm tra Trụ pin Trụ pin dùng để phân đập tràn thành nhiều khoang và để thuận lợi cho việc bố trí cửa van.