75 87 (phan ii chuong 3, 4,5 thiet ke , bien phap, ngan dong)

Chơng III : tính toán thiết kế công trình dẫn dòng Theo phơng án dẫn dòng đợc lựa chọn thì các công trình dẫn dòng sử dụng thi công công trình thuỷ điện Sơn La bao gồm : Đê quai dọc, đê

Chơng III : tính toán thiết kế

công trình dẫn dòng

Theo phơng án dẫn dòng đợc lựa chọn thì các công trình dẫn dòng sử dụng thi công công trình thuỷ điện Sơn La bao gồm :

Đê quai dọc, đê quai thợng lu, đê quai hạ lu, cống dẫn dòng trong tờng phân dòng, đập xây bê tông dở trong phạm vi kênh thi công , các lỗ xả sâu vận hành và

đờng dẫn nớc của nhà máy thuỷ điện

ở đây chúng ta chỉ thiết kế đê quai , còn các công trình khác đã đợc xác định

và qua tính toán kiểm tra đê quai là 1 công trình tạm, ngăn nớc ở sông với hố móng đang thi công đảm bảo cho hố móng luôn khô ráo , không chịu ảnh hởng của dòng nớc

3.1 Chọn tuyến đê quai :

Khi chọn tuyến đê quai, cần đảm bảo các nguyên tắc:

- Đảm bảo mọi công việc ở hố móng đợc tiến hành trong điều kiện khô ráo, rộng rãi, tiện lợi

- Dòng chảy xuôi thuận, khả năng xả nớc lớn mà lòng sông và đê quai không

bị xói lở

- Tận dụng điều kiện có lợi của địa hình, đặc điểm kêt cấu công trình thuỷ lợi để đắp đê quai có khối lợng ít, giá thành thấp Sử dụng đê quai làm d-ờng vận chuyển

- Đảm bao việc thi công đê quai đợc thuận lợi, nhanh chóng

3.2 Thiết kế đê quai :

Những yêu cầu đối với đê quai :

- Phải đủ cuờng độ chịu lực và ổn định chống thấm và phòng xói tốt

- Cấu tạo đơn giản, dễ làm, đảm bảo xây dựng, sửa chữa và tháo dỡ nhanh chóng

- Phải liên kết tốt giữa hai bờ và lòng sông Trờng hợp cần thiết phải bảo vệ

bờ thích đáng để đề phòng xói lở và phá hoại

- Khối lợng ít nhất, dùng vật liệu tại chỗ đảm bảo sử dụng nhân lực vật liệu thiết bị ít nhất mà có thể xây dựng xong trong một thời gian ngắn với giá rẻ nhất

3.2.1 Loại đê quai :

Qua phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn , vật liệu xây dựng khu vực xây dựng công trình chúng ta thấy khu vực xây dựng công trình có vật liệu đá rất phong phú Mặt khác lu lợng lũ của sông Đà rất lớn và đê quai làm việc trong nhiều năm nên đê quai chịu lực của dong nớc lúc làm việc cũng nh lúc ngăn dòng

là rất lớn Do đó chúng ta chọn hình thức kết câu thân đê quai là đá đổ, chống thấm bằng tờng nghiêng đất sét và bảo vệ ngoài bằng đá

3.2.2 Thiết kế các thông số cơ bản của đê quai :

Công trình thuỷ điện Sơn La là công trình đặc biệt quan trọng nên khi thiết kế dẫn dòng cần bảo đảm an toàn tuyệt đối Do đó khi thiết kế đỉnh đê quai cần xét tới

ảnh hởng của sóng leo, gió , độ dềnh mực nớc

 Cao trình đỉnh đê quai :

Zđỉnh1 = ZTL + h + hsl + a ( 3 -1 )

=> Zđỉnh1 = ZTL + d

Trong đó:

+ h, hsl tính với vận tốc gió tính toán lớn nhất

h : độ dềnh mực nớc do gió

hsl : chiều cao sóng ứng với tần suất bảo đảm

theo bảng P2-2 “ Giáo trình đồ án môn học thuỷ công “ tính toán sóng leo lấy tần suất bảo đảo 1 %

+ a : phụ thuộc vào cấp công trình

Công trình cấp I nên a = 0,7 m;

 Tính h :

Công thức tính toán h = 2.10-6 cos 

.

.

2

H g

D v

( 3 - 2 ) Trong đó:

+ V: vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với P = 2 % => V = 40 m/s

+ D: đà gió ứng với ZTL , D = 1000 m

+ H: cột nớc thợng lu,

H = ZTL - đc = 127,55 - 107 = 20,55 m

+ : góc kẹp giữa trục dọc cống với hớng gió,  = 00

h = 2.10-6 0

2

0 cos 77 , 20 81 , 9

1000 40

= 0,016 m

 Tính toán h sl1% :

+ Giả thiết trờng hợp sóng nớc sâu H > 0,5. ,

+ Thời gian gió thổi liên tục t ,vì không có tài liệu nên theo thuỷ công lấy t = 6 h

v

t

g.

=

40

21600

81 , 9

= 5297,4 Tra đồ thị hình P 2-1 ta có:















 0098 , 0

08 , 1

2

v

h

g v

g

.2

v

D

g

40

1000 81 , 9

= 6,13 Tra đồ thị hìnhP 2-1 ta có:















 0048 , 0

7 , 0

2

v

h

g v

g

Tra đồ thị hình P2-1 “ đồ án môn học thuỷ công “ với đờng bao trên cùng + Chọn cặp có giá trị bé trong 2 cặp giá trị trên Ta có:

 = 0,7 g v = 0,7.940,81 = 2,85 s ( 3 - 3 )

h = 0,0048

g

v2

= 0,0048

81 , 9

40 2

= 0,78 m ( 3 - 4 )

  =





2

. 2

14 , 3 2

85 , 2 81 ,

= 12,68 m ( 3 - 5 ) + Kiểm tra điều kiện sóng nớc sâu :

Ta thấy: H = 19,77 m >

2

 = 6,34 m  thoả mãn điều kiện sóng nớc sâu

Chiều cao sóng leo ứng với mức đảm bảo P = 1%: hsl1% = Ksl1%.h

Tra đồ thị hình P 2-2 ta có: Ksl1% = f1%( .2

v

D g

)

Với .2

v

D g

= 6,13  Ksl1% = 2,01  hsl1% = 2,01 0,78 = 1,51 m

Với chiều cao an toàn a = 0,7 theo quy phạm TCXDVN 315 : 2004

hsl1% = 1,51 m

h = 0,0165 m

Vậy d = h + s + a = 1,51 + 0,0165 + 0,7 = 2,22 m

<1> Thiết kế đê quai mùa kiệt giai đoạn 1 :

 Đê quai hạ l u :

Cao trình đỉnh đê quai hạ lu

HL = ZHL + a

Trong đó :

ZHL - cao trình mực nớc ở hạ lu, ứng với lu lợng dẫn dòng thiết kế Qdd =1570 m3/s tra quan hệ Q ~ ZHL ta có : ZHL = 115,59

a - độ cao an toàn theo TCXDVN 315 : 2004 ta có : a = 0,7 m

=> HL = ZHL + a = 0,7 + 115,59 = 116,29 m

Vậy Chiều cao đê quai là : h = 116,5 – 107 = 9,5 m

Bề rộng đỉnh đê quai : B = 10 (m)

Mái thợng lu : m = 3

Mái hạ lu : m = 1,5

 Đê quai th ợng l u :

Cao trình đỉnh đê quai thợng lu :

TL = ZTL + d

Trong đó :

ZTL - cao trình mực nớc ở thợng lu khi thu hẹp sông mùa kiệt

ZTL = 115,735 m

d - độ gia cao an toàn có xét tới ảnh hởng sóng , độ dềnh nớc

d = 2,22m

=> TL = ZTL + d = 2,22 + 115,735 = 117,955 m

Vậy Chiều cao đê quai là : h = 11 m

Bề rộng đỉnh đê quai : B = 10 (m)

Mái thợng lu : m = 3

Mái hạ lu : m = 1,5

<2> Kết quả tính toán

Quy trình tính toán tơng tự cho các giai đoạn tiếp theo ta có bảng tổng hợp kết quả tính toán thiết kế đê quai nh sau :

Bảng 3.1

Giai

đoạn Mùa Q dd

(m 3 ) Z HL

(m) Z TL

(m)

Đê quai Cao trình

đỉnh (m) (m)h

m

B

(m) T.Lu H.Lu

I

Lũ 14500 126,21 127,55 T.Lu 130 23 3 1,5 10

II

Lũ 14500 126,21 143,27 T.Lu 145,5 28,5 3 1,5 15

Trong đó m : hệ số mái của đê quai

h : chiều cao đê quai

B : bề rộng đỉnh đê quai

Trờng hợp đặc biệt ,do đê quai thợng lu mùa lũ giai đoạn II có chiều cao lớn nên ta bố trí các cơ ở 2 mái giữ ổn định cho đê quai

Bố trí 2 cơ ở cao trình + 131 m với bề rộng cơ là 8 m

+ 119 m với bề rộng cơ cũng là 8 m

Hệ số mái thợng lu thay đổi dần m1 = 2 ; m2 = 2,5 ; m3 = 3

Chơng IV : các biện pháp thi công một số

công tác đặc biệc trong

dẫn dòng thi công

i4.1 : tổ chức thi công và tháo tháo dỡ đê quai

Theo tiến độ thi công chung của công trình thủy điện Sơn La thì khởi công vào năm 2004 , thu hẹp dòng sông trong 2 năm do đó chúng ta tiến hành xây dựng đê quai vào mùa khô năm 2004 , vào mùa lũ chúng ta mở rộng tôn cao đê quai lên cao trình thiết kế Tiến hành đắp đê quai ngăn dòng vào mùa kiệt năm 2006, và cũng

mở rộng tôn cao đến cao trình thiết kế trong mùa lũ

- Tiến hành đắp đê quai thợng lu trớc , đê quai hạ lu sau

- Tại thời điểm đê quai kép kín chúng ta thấy vận tốc của dòng nớc rất lớn Rất khó thi công, đổ đất đá đắp đê quai

- Chúng ta dùng các băng két đá, thi công theo phơng pháp lấp đứng

- Khi băng két khép kín , chúng ta tiếp tục đổ đá mở rộng dê quai theo đúng mặt cắt thiết kế

- Khi đắp đê quai thì dùng máy ủi

Trớc khi ngăn sông chúng ta phải dẫn tiến hành tháo dỡ đê quai giai đoạn 1

- Chúng ta dỡ bỏ dẫn đê quai trong quá trình thi công công trình chính

- Còn lại 1 phần mỏng, đặt mìn trong đê quai

- Vào thời điểm ngăn dòng chúng ta cho nổ mìn tháo tung đê quai theo thứ

tự : dỡ đê quai hạ lu trớc đê quai thợng lu sau

- Tháo dỡ đê quai bằng máy xúc gầu nghịch ,

- Tháo theo phơng pháp dật lùi

- Chừa lại 1 phần đê quai giai đoạn 1 để dùng nối tiếp với đê quai giai đoạn 2

i4.2 : biện pháp nút lỗ xả thi công

Theo phơng án thi dân dòng thi công chọn thì 2 lỗ xả thi công nằm trong tờng phân dòng nằm ở cao độ 108 m sẽ đợc nút vào cuối mùa kiệt năm 2009

Với 2 cống dẫn dòng thi công kích thớc 12 x 12 tuy nhiên để việc nút cống đợc

dễ dàng , cửa vào cống lấy nớc đợc bố trí 1 đoạn cửa lấy nớc

Hình 4.1 : Sơ đồ nút cống dẫn dòng

Khi nút cống lợi dụng cửa van của tràn xả sâu vận hành để giảm chi phí cho công tác dẫn dòng

Chiều dài đổ bê tông nút mỗi đoạn là 15 m

Với tổng khối lợng bê tông đổ là 15 x 12 x 12 = 2160 m3

Công tác nút cống rất phức tạp đòi hỏi phải có kỹ thuật cao phơng pháp thi công hợp lý Cần nghiên cứu kỹ, tính toán các trờng hợp có thể xảy ra để có đợc phơng

án thi công đạt hiệu quả cao

Chơng V : ngăn dòng

i5.1 : vị trí và tác dụng của ngăn dòng

Trong quá trình thi công công trình thuỷ lợi trên sông, dù lớn hay nhỏ hầu hết phải tiến hành công tác chặn dòng Vì muốn thi công đập ở phần lòng sông thì phải ngăn dòng chảy dẫn sang công trình dẫn dòng khác, đảm bảo điều kiện thi công khô ráo thì tất yếu phải thực hiện chặn dòng

Nó là 1 khâu quan trọng hàng đầu , khống chế toàn bộ tiến độ thi công, nhất là tiến độ thi công công trình đầu mối

Với công trình thuỷ điện Sơn La xây dựng trên sông Đà có lu lợng dòng chảy rất lớn, nên việc chặn dòng chảy càng quan trọng có tính chất quyết định tới toàn

bộ tiến độ thi công

Kỹ thuật và tổ chức thi công ngăn dòng rất phức tạp , diện hoạt động hẹp, yêu cầu phải thi công với tốc độ lớn, cờng độ cao mà hiệu quả về kinh tế Do đó đòi hỏi chúng ta phải nắm chắc quy luật của dòng chảy để chọn đúng thời cơ, xác định đợc thời gian và lu lợng ngăn dòng thích hợp

i5.2 : công tác chuẩn bị trớc khi

thực hiện ngăn dòng

Trớc khi ngăn dòng chúng ta phải tính toán thiết kế và kiểm tra chi tiết các vấn đề liên quan đến ngăn dòng Đảm bảo khi thực hiện ngăn dòng ít rủi ro nhất , ít tổn thất đến các công trình khác

- Khảo sát lần cuối trong khu vực lòng hồ bị ngập do mực nớc dâng lên khi ngăn dòng nhằm hạn chế mức thấp nhất tổn thất do ngập gây ra

- Kiểm tra lại công trình dẫn dòng chảy sau khi ngăn dòng, yêu cầu phải hoàn toàn đảm bảo an toàn và theo đúng thiết kế

- Tính toán ngăn dòng chi tiết, thiết kế tổ chức thi công ngăn dòng

- Chuẩn bị mặt bằng thi công ngăn dòng, các bãi vật liệu (phải có bãi vật liệu dự trữ), hệ thống đờng vận chuyển vật liệu, các thiết bị máy móc, nhân lực đảm bảo cho quá trình ngăn dòng

i5.3 : xác định các thông số tính toán

trong thiết kế ngăn dòng 5.3.1 Chọn ngày tháng ngăn dòng :

Khi chọn ngày tháng ngăn dòng cần quán triệt các nguyên tắn sau đây:

- Chọn lúc nớc kiệt trong mùa khô

- Đảm bảo sau khi ngăn dòng có đủ thời gian đắp đê quai, bơm cạn nớc , nạo vét móng, xử lý nền xây đắp công trình chính hoặc bộ phận công trình chính đến cao trình chống lũ khi lũ đến

- Đảm bảo trớc khi ngăn dòng có đủ thời gian chuẩn bị nh đào hoặc đắp các công trình tháo nớc hoặc dẫn nớc, chuẩn bị vật liệu hay thiết bi

- ảnh hởng ít nhất đến lợi dụng tổng hợp dòng chảy

Qua phân tích tổng hợp các yếu tố ảnh hởng chúng ta chọn thời gian ngăn dòng bắt đầu vào ngày 1/1/2006

Công trình thuỷ điện Sơn La là công trình cấp I( theo tiêu chuẩn TCXDVN

285 : 2002 ) do đó lu lợng tính toán lấp sông là lu lợng trung bình ngày có trị số lớn nhất trong thời đoạn dự tính chặn dòng ứng với tần suất 5%

Thời đoạn chặn dòng dự tính trong 10 ngày và lu lợng tính toán lấp sông là lu lợng trung bình ngày có trị số lớn nhất trong thời đoạn dự tính chặn dòng ứng với tần suất P = 5%

Lu lợng ngăn dòng : Qnd = 785 m3/s

Có nhiều cách ngăn dòng nh: đổ vật liệu vào dòng chảy theo 2 phía bờ sông(hạp long), trên toàn bộ dòng chảy(theo diện), nổ mìn định hớng, bồi đắp thuỷ lực, đóng cửa cống Nhng biện pháp phổ biến nhất vẫn là đổ vật liệu vào dòng chảy mà chủ yếu là đá để ngăn dòng

Yêu cầu cơ bản đối với công tác đổ đá đắp đập ngăn dòng là phải khẩn tr ơng, liên tục với cờng độ cao cho đến khi đập nhô lên khỏi mặt nớc, dòng chảy cơ bản

đã bị chặn lại

Tuy nhiên tuỳ vào từng điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn và nguồn cung cấp vật liệu mà có thể có trình tự ngăn dòng và phơng pháp ngăn dòng khác nhau Thờng có 3 phơng pháp ngăn dòng sau:

+ Lấp đứng

+ Lấp bằng

+ Lấp hỗn hợp

Với sông đà tại tuyến PA Vinh II có lu lợng khá lớn, lòng sông lại hẹp, mặt khác nền ngoài lớp cát cuội sỏi ra là lớp đá chống xói tốt nên ta chọn phơng pháp lấp đứng Theo phơng pháp lấp đứng, đổ đá từ 2 bờ tiến vào giữa cho tới khi dòng chảy bị ngăn lại và dẫn dòng qua công trình dẫn dòng đã thiết kế

Phơng pháp này có u điểm không cần cầu công tác hoặc cầu nối, công tác chuẩn bị đơn giản, hiệu quả kinh tế nhng có nhợc điểm là phạm vi hoạt động hẹp, thi công tốc độ chậm, lu tốc trong giai đoạn cuối có khả năng rất lớn gây cho công tác ngăn dòng khó khăn, phức tạp

Tính toán dẫn dòng theo phơng pháp Hạp Long ( Theo sổ tay thuỷ lực Kixêliép trang 190 )

Phơng pháp chặn dòng theo hạp long gồm có 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn kéo đê (Trớc thời điểm nối hai đầu mái đê ở đáy)

+ Giai đoạn nối đê (trớc thời điểm nối hoàn toàn 2 đầu mái đê)

Mục đích tính toán ( theo phơng pháp Hạp Long ) ngăn dòng nhằm giải quyết 1

số vấn đề sau :

+ Chọn kích thớc D của vật liệu để đảm bảo chặn dòng

+ Chọn chiều rộng B của đờng thoát nớc( khi đổ theo Hạp Long ) để khi đổ bằng vật liệu có đờng kính D vẫn vẫn giữ đợc mặt cắt gọn chặt

5.3.5 Tính toán ngăn dòng :

Phơng pháp tính toán ngăn dòng theo phơng pháp Hạp Long

Qbt = Qi = Qhl + Qdd + Qth + Qt ( 5 - 1 )

Trong đó :

Qbt : Lu lợng bình thờng của sông Qhl : Lu lợng qua cửa chặn dòng Hạp Long

Qd : Lu lợng qua công trình dẫn dòng Qth : Lu lợng thấm qua đá đổ

Qt : Lu lợng tích lại trên thợng lu Sơ đồ tính toán nh sau :

Hình 5.1 :Sơ đồ tính toàn ngăn dòng

<1> Đờng viền của đá đổ có mặt cắt gọn chặt :

Có thể hình thành trên tất cả các giai đoạn tiến hành đổ đá khi vật liệu tăng dần cùng với sự thu hẹp khoảng cách giữa 2 đê Hạp Long

<2> Khả năng tháo nớc qua cửa chặn dòng Hạp Long

Q  m.B 2 g H O2 ( 5 - 2 )

B : là chiều rộng trung bình qua đờng thoát nớc Hạp Long

m : hệ số lu lợng đợc xác định nh sau :

+ Khi z/H < 0,35 thì

O

O H

Z H

Z

m 1 .













 ( 5 - 3 ) + Khi z/H > 0,35 thì m = 0,385

<3> Vận tốc trung bình qua cửa thoát nớc đợc tính theo công thức





















H

Z H

q Z

H B

Q

hl

1 )

Với tỷ số

H

Z



đợc xác định theo đồ thị trên hình 10-67 (sổ tay thuỷ lực )

<4> Lu lợng thấm qua đê Hạp Long

Q th K.(B S  B).(H btZ) i th ( 5 - 5 )

Trong đó :

K - hệ số thấm rối ( bảng 10 -10 sổ tay thuỷ lực )

BS - Bề rộng lòng sông cần chặn dòng BS = 179,5 m

B - Bề rộng trung bình đờng thoát nớc

Hbt - Cột nớc bình thờng lòng sông

Z - Độ dềnh mực nớc thợng hạ lu

ith - độ dốc thuỷ lực trung bình của dòng thấm ( theo hình 10-65 sổ

tay thuỷ lực )

d bt

tb th

l Z H m

Z i







) (

.

2 ( 5 - 6 )

Với ld - Chiều rộng mặt đê đợc xác định theo yêu cầu của công tác thi

công ( ld = 15 m)

mtb - Hệ số mái dốc trung bình ( mtb = 1,25 )

Hbt - Cột nớc bình thờng trong sông Hbt = ZHL - Zđáy sông

Với ZHL tra quan hệ Q ~ Z ứng với Qng.dòng = 785 m 3

=> ZHL = 114,41m => Hbt = 7,41 m

<5> Vận tốc cực đại xảy ra tại thời điểm nối đê tại đáy

















H

Z H

B

Q

1

Vì vậy việc tính toán chặn dòng theo Hạp Long chỉ cần tiến hành cho thời

kỳ kéo đê Khi nối đê , chiều rộng trung bình của đờng thoát nớc ( với mái dốc mtb ) ở đáy bằng :











 











H

Z H

m Z H m

<6> Độ chênh mực nớc tại thời điểm nối đê :

Đợc xác định bằng cách vẽ đờng cong Q  f (Z) và tìm Z ứng với lu lợng Qbt đã cho

<7> đờng kính tơng đơng của khối đá :

2

1 2 86 ,































g

V

Trong đó : trọng lợng riêng của nớc ,  = 1 T/m3

trọng lợng riêng của đá , = 2,64 T/m3

Chúng ta lập bảng tính toán tìm chiều rộng cửa chặn dòng và kích thớc hòn đá để chặn dòng :

Với :

+ Cột 1 : Giả thiết các độ chênh mực nớc thợng hạ lu khi dòng chảy qua cửa chặn dòng Z ( m )

+ Cột 2 : Tính cột nớc trớc cửa chặn dòng H = Hbt + Z ( m )

+ Cột 3 : Lập tỷ số

H Z

+ Cột 4 : Tính hệ số lu lợng m theo công thức (5 - 3)

+ Cột 5 : Tính i th với ith tính theo công thức (5 - 6)

+ Cột 6 : Xác định tỷ số

H

Z



theo đồ thị trên hình 10-67 (sổ tay thuỷ lực)

+ Cột 7 : Tính chiều rộng trung bình của cửa ngăn dòng Hạp Long B

theo công thức ( 5 - 8 ) + Cột 8 : Lập tỷ số BS - B

+ Cột 9 : Tính lu lợng qua qua cửa Hạp Long QHL công thức (5 - 2) + Cột 10 : tính lu lợng thấm Qth theo công thức ( 5 - 5 )

+ Cột 11 : Tính lu tốc lớn nhất qua cửa Hạp Long tại thời điểm kéo đê theo công thức ( 5 - 7 )

+ Cột 12 : Tính đờng kính viên đá lớn nhất D theo công thức ( 5 - 9 ) + Cột 13 : tìm lu lợng qua công trình dẫn dòng bằng cách tra biểu đồ

QC ~ ZTL trong phần tính thuỷ lực dẫn dòng + Cột 14 : Tính lại lu lợng ngăn dòng để tìm giá trị Z ( m ) chính xác ứng với lu lợng ngăn dòng là Q = 785 m3/s