Dan dong thi cong

NGHIÊN CỨU LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG QUA LÒNG SÔNG THU HẸP KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN SÔNG RESEARCH PROGRAM CALCULATED THE LEADING CONSTRUCTI

NGHIÊN CỨU LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG QUA LÒNG SÔNG THU HẸP

KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN SÔNG

RESEARCH PROGRAM CALCULATED THE LEADING CONSTRUCTION LINE THROUGH THE NARROW RIVER DURING THE CONSTRUCTION OF

IRRIGATION WORKS ON THE RIVER

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp 05X2A, Khoa Xây Dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Trường Đại học Bách khoa

GVHD: ThS Ngô Văn Dũng

Khoa Xây Dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT

Quá trình xây dựng các công trình thủy lợi trên các dòng sông, công tác dẫn dòng thi công đóng một vai trò đặc biệt quan trọng Với mục đích nhằm tạo hố móng luôn được khô ráo và bảo đảm lợi dụng tổng hợp nhu cầu dùng nước ở hạ lưu Bài báo cáo này trình bày đề xuất một phương pháp tính toán mực nước dâng hợp lý từ đó lập chương trình tính toán khi dẫn dòng thi công giai đoạn lòng sông thu hẹp nhằm xác định cao trình, kích thước, khối lượng và biện pháp thi công các công trình dẫn dòng ở giai đoạn đầu

ABSTRACT

The process of building the irrigation works on the river, the guide line of construction plays

a particularly important With the aim to create a foundation hole was always dry and take advantage of general security water demand downstream This report presents a proposed methodology to calculate water level from which a reasonable program to calculate the resulting line construction phase narrow river beds in order to determine the high, the size, weight and measures construction works in line early lead

1 Đặt vấn đề

Trong quá trình xây dựng hệ thống công trình đầu mối Thủy lợi Thủy điện, dẫn dòng thi công là một trong những công tác chính có vai trò quyết định đến thành công và chi phí đầu tư xây dựng Việc lựa chọn các sơ đồ dẫn dòng để sử dụng phải đảm bảo thỏa mãn 2 nhiệm vụ dẫn dòng, đồng thời phải đảm bảo việc xây dựng công trình được tiến hành thuận lợi với mục tiêu: “ Thi công nhanh nhất, kinh phí it nhất, dễ thi công và an toàn tuyệt đối ” Bài báo này trình bày các phương pháp tính toán mực nước dâng khi thu hẹp lòng sông từ đó lựa chọn một phương pháp tính toán hợp lý và trên cơ sở đó lập chương trình tính toán các thông số thủy lực phục vụ cho việc thiết kế các công trình dẫn dòng, giúp người thi công có cái nhìn tổng quan và so sánh lựa chọn phương án thi công hợp lý nhất

2 Cơ sở tính toán thu hẹp lòng sông tự nhiên trong sơ đồ dẫn dòng nhiều đợt

2.1 Giới hạn trạng thái chảy trên đoạn lòng sông thu hẹp

Khi xây dựng những công trình chính thuộc đầu mối công trình thủy lợi, ở trên sông, suối… cần phải xây dựng những công trình tạm như đê quây, kênh dẫn, cống dẫn

dòng thi công… Việc xây dựng các công trình chính được tiến hành dưới sự bảo vệ của các công trình tạm ngăn nước và tháo nước

Các công trình tạm làm dòng sông tự nhiên bị thu hẹp lại và gây ra biến dạng của dòng chảy, dẫn đến mực nước thượng lưu dâng cao, ngoài ra sự biến dạng này còn kéo dài trên một đoạn khá dài xung quanh đoạn thu hẹp sông về phía thượng và hạ lưu khu vực xây dựng Khi dòng chảy vận động qua lòng sông cũ, trạng thái chảy của nước qua đoạn thu hẹp phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của đê quây và chiều cao nước dâng thượng lưu mà tính toán theo dòng chảy qua tràn đỉnh rộng hoặc dòng chảy trong kênh Qua các

nghiên cứu của các tác giả NGƯT Nguyễn Đức Khoan, TS Lê Văn Hùng trong cuốn Dẫn

dòng thi công công trình Thủy Lợi (dịch từ nguyên bản tiếng Trung) cho thấy: Tỉ lệ chiều

dài đê quây dọc (L) và độ sâu mực nước thượng lưu (H) là 10 ≤ L/H ≤ 20 xem như trạng thái chảy là dòng chảy qua đập tràn đỉnh rộng Và trường hợp L/H > 20 xem như trạng thái chảy là dòng chảy trong kênh

2.2 Sơ đồ tính toán và các đặc trưng của lòng sông bị thu hẹp

Sự biến dạng của dòng chảy có thể chia thành những đoạn sau đây:

§o¹n dßng ch¶y phøc t¹p

Vïng xo¸y

§ª qu©y

§ª qu©y

§-êng mÆt n-íc lý thuyÕt

S K

O

K

K

S

S

H B

O

H B

O

O

Bs

Z

Hình 1: Sơ đồ tính toán lòng sông bị thu hẹp

 Đoạn nước dâng:

Giới hạn bởi mặt cắt O-O (phía thượng lưu của mặt cắt do sông nằm ở trạng thái tự nhiên) và mặt cắt B-B

Dọc theo đoạn nước dâng chiều sâu của dòng chảy tăng lên, tốc độ và tổn thất cột nước giảm xuống Kết quả là thế năng cần thiết cho dòng chảy nhằm khắc phục trở lực do

đê quây gây ra được tích lũy lại Ký hiệu z là độ dâng của mực nước ở mặt cắt B-B so với mực nước thiên nhiên, z là độ dâng nước lớn nhất

 Đoạn thu hẹp:

Giới hạn bởi mặt cắt B-B và H-H, ứng với vị trí cửa ra của đoạn thu hẹp bởi đê quây Đặc điểm của đoạn này là sự chuyển hóa mạnh thế năng thành động năng Tổn thất

cột nước trong đoạn này là tương đối nhỏ Trên hình vẽ đoạn này xuất hiện bậc nước lớn nhất z” mà chủ yếu là do chuyển từ thế năng sang động năng

 Đoạn mở rộng:

Giới hạn bởi mặt cắt H-H và K-K ứng với vị trí kết thúc vùng nước xoáy ở hạ lưu Tại đây động năng biến đổi thành thế năng kèm theo tổn thất lớn về cột nước

 Đoạn chuyển tiếp:

Giới hạn bởi mặt cắt K-K và S-S, ứng với vị trí mà biểu đồ tốc độ trung bình có dạng bình thường, ngoài ra mạch động cuả tốc độ và áp lực đã tăng lên trong đoạn mở rộng nay giảm đến giá trị phù hợp của sông thiên nhiên

Coi lòng sông thu hẹp như một đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, ta kí hiệu độ dâng cao mực nước tại mặt cắt B-B so với K-K (gần như bằng mực nước tại S-S) bằng đại lượng của độ chênh mực nước hình học Z ở trên đập tràn

Chú ý: Nếu như bỏ qua sự chênh lệch không đáng kể trong động năng, tính đối với mặt cắt

B-B và S-S thì có thể nói rằng:

Trị số z và z’ là: độ chênh mực nước là tổn thất cột nước trong phạm vi của đoạn sông có dòng chảy biến dạng lớn và là chênh lệch tổn thất cột nước trong phạm vi của các đoạn trên của dòng chảy ở lòng sông tự nhiên có nước dâng và lòng sông thu hẹp

Các dữ liệu cần khi tính toán thủy lực của lòng sông không xói bị thu hẹp:

 Trị số lưu lượng thiết kế, kích thước và hình dạng đê quây trên mặt bằng

 Đường quan hệ giữa chiều sâu và lưu lượng nước của sông, các thông số z

& z’

2.3 Các phương pháp xác định độ chênh mực nước z và chiều cao nước dâng thượng lưu z’ (độ dềnh mực nước z’)

Phương pháp 1: Theo Sổ tay kỹ thuật thủy lợi thủy điện đề xuất tính toán đưa ra công thức:

g

V l

i i l l i i

2 )

( ) ).(

( '

2 2

(1)

g

V l

i l l i

th th r v c

2

) (

2 2

(2)

Trong đó: - : mức độ thu hẹp lòng sông

s

d B

b

(3)

Với: Bs, bd: chiều rộng lòng sông tự nhiên, chiều dài đê quây để tính toán

- is, ith, ic: độ dốc thủy lực lòng sông tự nhiên, đoạn sông thu hẹp và đoạn cửa vào Mực nước tính với mặt cắt H-H lấy gần đúng (đầu tiên) bằng mực nước ở S-S

- lv, lth, lr: chiều dài đoạn vào chiều dài đoạn kênh tràn & chiều dài vùng nước xoáy

tg b

Với gúc là gúc tạo bởi phương dũng chảy và trục vựng xoỏy (như hỡnh vẽ)

Phương phỏp 2: Theo tớnh toỏn trong thực tế thi cụng

Trong thực tế thi cụng cụng trỡnh thủy lợi thỡ chiều cao nước dõng z’ ở thượng lưu, tỏc dụng vào đờ quõy ở giai đoạn đầu khi thỏo lưu lượng thi cụng qua lũng sụng thu hẹp được xỏc định:

+ Trường hợp chảy ngập qua đập tràn, cụng thức tớnh gần đỳng lưu lượng chảy qua lũng sụng thu hẹp:

) (

2 g Ho hs

H

Đê quây dọc

V o

Đ-ờng mặt n-ớc lý thuyết

L

Hỡnh 2: Sơ đồ dũng chảy

Với cột nước thượng lưu

g

V H

2

2

(6)

Từ đú rỳt ra độ dõng mực nước ở thượng lưu khi lũng sụng bị thu hẹp:

g

V g

V

2 2

'

2 2

2

(7) Trong đú : Hệ số thu hẹp dũng chảy = 0,85 ữ 0,95

Vth,Vbt: lưu tốc tại mặt cắt co hẹp và lưu tốc tới gần lỳc chưa thu hẹp

Nhận xột: cụng thức (7) được sử dụng trong thực tế thi cụng, do th là hàm số của z’ nờn phương trỡnh (7) được giải bằng cỏch thử dần (giả thuyết một số trị số z, xỏc định

bt, th tương ứng, rồi chọn giỏ trị z’ thỏa món)

Phương phỏp 3: Theo Giỏo trỡnh Thi cụng Thủy Lợi của Đại học Thủy lợi Hà Nội

h s H

Đê quây dọc

V o

Đ-ờng mặt n-ớc lý thuyết

L

Đ-ờng mặt n-ớc cũ

V c

z 1

1

2

2

A

A

Phần lòng sông bị thu hẹp

Hố móng và đê quây chiếm chỗ

Mặt cắt A-A

Hỡnh 3: Sơ đồ tớnh đoạn lũng sụng thu hẹp

Độ dâng mực nước ở thượng lưu khi lòng sông bị thu hẹp:

g

V g

V

2 2

'

2 2

2

(8)

Trong đó: Hệ số thu hẹp dòng chảy chọn 0,85 ÷ 0,95

- Vc: lưu tốc tại mặt cắt co hẹp

oxoi tk

V

)

(9)

- : Hệ số thu hẹp - Nếu thu hẹp 1 bên = 0,95, thu hẹp 2 bên = 0,90

- 1: Tiết diện ướt của lòng sông do hố móng và đê quai chiếm chỗ

- 2, Vo: Tiết diện ướt của sông cũ, lưu tốc tới gần có tính đến độ cao nước dâng

3 Lập chương trình tính xác định mực nước dềnh khi thu hẹp dòng sông

Để xác định mực nước dềnh trong sông, tác giả chọn ngôn ngữ Visual Basic 6.0 trên cơ sở sử dụng giao diện giữa các Form khi nhập các thông số đầu vào và các thông số đầu ra là các thông số yêu cầu kết quả thể hiện các Form giao dịch như sau:

Hình 4: Form giới thiệu chương trình Hình 5: Form quản lý các thông số đầu vào

Hình 6: Form tính toán z’ theo phương pháp 1 Hình 7: Form tính toán z’ theo phương pháp 2

Hình 8: Form tính toán z’ theo phương pháp 3 Hình 9: Form tổng hợp z’ theo 3 phương pháp

Hình 10: Form thiết kế đê quây Hình 11: Form chọn thiết bị thi công

Hình 11: Form tính toán cường độ và chọn phương án thi công

Nhận xét kết quả tính toán:

Các phương pháp tính độ đềnh cột nước đã nêu đều có các ưu nhược điểm:

Khi tính toán theo công thức lý thuyết (1), để đơn giản ta đã giả thuyết lòng sông có mặt cắt hình chữ nhật, trong khi đó lòng sông thực tế thường có mặt cắt phức tạp, điều này đã làm kết quả không sát với thực tế

Sau khi cập nhật dữ liệu công trình thực tế A Vương và Công trình thủy điện Krông Hnăng cho thấy kết quả khi sử dụng công thức gần đúng sử dụng trong thực tế thi công (7)

& (8) để tính toán thì kết quả thiên lớn so với công thức lý thuyết (1)

Ở kết quả tính toán theo công thức thực nghiệm (8), để đơn giản trong tính toán ta

sử dụng công thức tính gần đúng lưu tốc tại mặt cắt co hẹp Vc (9) Kết quả tính toán thiên

lớn so với cách tính còn lại

Phương án giải quyết

Để an toàn cho công tác xác định các thông số đẫn dòng thi công đồng thời tránh lãng phí chi phí đầu tư, ta chọn độ dềnh mực nước bằng phương pháp bình quân gia quyền theo trọng số:

3 2 1

max 3 2

min

'

m m m

Z m Z m Z m Z

tb

Kết quả áp dụng khi thi công đập chính A Vương giai đọan thu hẹp dòng sông cho kết quả tính toán phục vụ cho công tác dẫn dòng như sau:

Z1’ = 0.399 (m); Z2’ = 1.232 (m); Z3’ = 1.561 (m)

Vậy để an toàn trong thi công và tránh lãng phí kinh phí đầu tư xây dựng, ta chọn z’ bằng phương pháp bình quân gia quyền theo trọng số:

) ( 105 1 1

2 1

1 2

1

4 Kết luận và kiến nghị:

Kết luận:

1 Mỗi phương pháp tính nêu trên đều có ưu và nhược điểm riêng, để có được kết quả tính toán hợp lý, người thi công cần có cái nhìn tổng quan và qua khảo sát điều kiện thi công thực tế của công trình thi công mà đưa ra phương án và phương pháp thi công hợp lý nhất, nhăm bảo đảm hiệu quả trong việc quản lý xây dựng

2 Trong bài báo này, việc chọn lựa các thông số thủy văn tính toán đều dựa trên những qui định có sẵn trong qui phạm 285-2002 BXD-VKT Trong thực tế tùy tình hình để phân tích chọn tần suất và lưu lượng hợp lý theo điều kiện thực tế công trình

3 Bài báo trình bày các phương pháp tính toán và lập chương trình giúp cho các nhà thầu lập kế hoạch thi công, qua đó chủ động hoàn toàn vào kế hoạch và điều khiển thi công đồng thời báo cáo kết quả công tác kế hoạch kỹ thuật với cơ quan Tư vấn giám sát, Chủ đầu tư phê duyệt kế hoạch thi công và vốn xây dựng cuối cùng

4 Kết quả và chương trình tính giúp cho sinh viên làm luận văn tốt nghiệp có tài liệu tham khảo để tính toán thiết kế đẫn dòng giai đoạn thu hẹp dòng chảy một cách nhanh nhất

Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo: Trong thời gian tới sẽ tiếp tục nghiên cứu công

tác dẫn dòng đợt 2 qua các công trình tháo nước và tính toán điều tiết dòng chảy bằng phương pháp lập trình Visual Basic 6.0 Từ đó sẽ có cơ sở phục vụ cho việc tính toán dẫn dòng với các công trình thủy lợi lớn thi công nhiều năm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đại học thủy lợi Hà Nội, Bộ môn thi công Giáo trình thu công thủy lợi, NXB nông nghiệp - 2005

[2] NGƯT Nguyễn Đức Khoan, TS Lê Văn Hùng (2009), Dẫn dòng thi công công trình Thủy Lợi (dịch từ nguyên bản tiếng Trung)

[3] Bộ Thủy Lợi, Tiêu chuẩn ngành 14TCN 57-88 Thiết kế dẫn dòng trong xây dựng công trình Thủy Lợi, Đà Nẵng

[4] ThS Ngô Văn Dũng, ThS Nguyễn Văn Sáng (2005), Thi công công trình Thủy Lợi, ĐHBK Đại học Đà Nẵng