ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THỦY ĐIỆN NGÒI PHÁT PHƯƠNG ÁN 1

- Đường dây tải điện từ nhà máy về đến điểm đấu nối với trạm biến áp 110KV LàoCai dài 30km.- Đường vào công trình Thuỷ Điện Ngòi Phát bao gồm: + Từ thị xã Lào Cai đến Km0 ngã ba Bản Vược

Do trình độ còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên đồ án không tránh khỏinhững thiếu sót so với thực tế, em rất mong nhận được các ý kiến chỉ bảo của cácthầy cô, góp ý của các bạn để chất lượng ĐATN được tốt hơn

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Kết cấucông trình, các thầy cô trong Khoa Công trình, gia đình và bạn bè Đặc biệt là thầy

giáo ThS.Lê Đình Phát đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành

đồ án tốt nghiệp có chất lượng

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 28 tháng 12 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Đỗ Ngọc Tuấn

MỤC LỤC

Phần I TÀI LIỆU CƠ BẢN Chương 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH

1.1.1 Tên công trình : Công trình thủy điện Ngòi Phát- PA1.

1.1.2 Địa điểm xây dựng công trình

Công trình thủy điện Ngòi Phát được xây dựng trên một nhánh sông lớn, nằmtrên hữu ngạn của sông Hồng, nằm giáp biên giới Việt Nam - Trung Quốc, thuộc 3

xã Bản Vược, Bản Xèo, Dền Thàng, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai Dưới đây là bản

đồ vị trí tổng thể công trình đầu mối, nhà máy thủy điện Ngòi Phát trên địa bànhuyện Bát Xát , tỉnh Lào Cai :

§Ëp B¶n XÌo x· DÒn Thµng

x· Cèc Mú

x· TrÞnh T êng

S«

ng hå ng

x· B¶n XÌo x· M êng Vi x· Quang Kim

tr

ung q

1.2 NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH

Thủy điện Ngòi Phát là một trong bốn thủy điện lớn nhất của tỉnh Lào Cai, cácnhiệm vụ chính của công trình như sau :

suất 72 MW và điện lượng trung bình hàng năm 314,26 x 106 KWh

- Góp phần tích cực phát triển kinh tế-xã hội của tỉnh Lào Cai và vùng miềnnúi Tây Bắc

1.3 TỔNG QUAN QUY MÔ CÔNG TRÌNH

Theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285:2002 “Công trình thủylợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế” với các thông số chính của công trình:

- Công trình đầu mối: Công trình cấp III

- Công trình tuyến năng lượng: Công trình cấp II

- Các hạng mục thứ yếu phục vụ thi công, quản lý khai thác: cấp IV

Quy mô các hạng mục như sau :

- Đập chính là loại đập tràn có cửa bố trí ở lòng sông, kết cấu bằng bê tôngtrọng lực với chiều dài đỉnh đập là 100m

- Đập tràn cao nhất 13m và đập không tràn chỗ cao nhất 27,3m

- Tuyến dẫn nước bên bờ phải vào nhà máy Thuỷ Điện bao gồm:

+ Cửa lấy nước vào đường hầm bên bờ phải phía thượng lưu đập

+ Đường hầm có áp đường kính 3m, dài 5,69km

+ Giếng điều áp cao 46,0 m, đường kính 6m; dày 0,5 ÷ 1m

+ Đường ống thép áp lực D0 = 2m; tổng chiều dài 810m; dày 16÷28mm

- Nhà máy Thuỷ Điện hở gồm 3 tổ máy với tổng công suất 72 MW được đặt bên bờphải Ngòi Phát, tại đoạn này lòng sông có cao độ ∇131,00÷∇132,00 m

- Trạm phân phối điện ngoài trời đặt bên trái đường ôtô vào nhà máy kích thước42mx55m và khu nhà quản lý

- Đường dây tải điện từ nhà máy về đến điểm đấu nối với trạm biến áp 110KV LàoCai dài 30km.

- Đường vào công trình Thuỷ Điện Ngòi Phát bao gồm:

+ Từ thị xã Lào Cai đến Km0 (ngã ba Bản Vược) dài 18km theo tuyếnđường liên tỉnh Lào Cai - Trịnh Tường là đường nhựa rộng 8 m

+ Từ Bản Xèo vào tuyến đập cần mở 2,5km đường, rộng 7,5 m làm đườngthi công

+ Từ mỏ đồng Sinh Quyền vào đến nhà máy cần nâng cấp mở rộng gần nhưđường mới dài 4km và làm mới 2,5km đường quản lý

+ Ngoài ra cần mở 4,0km đường thi công lên giếng điều áp 5,5km đến hầmngang thi công và 1km đường thi công vùng tuyến đập

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - XÃ HỘI

2.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

2.1.1 Vị trí địa lý

Dự án thuỷ điện Ngòi Phát được bố trí trên dòng chính Ngòi Phát thuộc huyệnBát Xát tỉnh Lào Cai, cách Hà Nội 380 Km về phía Tây Bắc Vùng tuyến đập của

dự án thuỷ điện Ngòi Phát ở vào khoảng 22033' vĩ độ Bắc và 103045' kinh độ Đông

2.1.2 Điều kiện địa hình, địa mạo

Khu vực thuỷ điện Ngòi Phát nằm trong vùng địa hình đồi núi cao 1000m, các sườn núi đều dốc đến rất dốc Mặt bằng lưu vực hình rẻ quạt, mạng lướisông suối khá dày, lòng sông hẹp, bờ sông dốc, lộ đá gốc có chỗ tảng lăn, có nhiềughềnh thấp Trên đoạn sông từ vùng tuyến đập, cách hạ lưu ngã ba Bản Xèo hơn1km về đến nhà máy thuỷ điện tại bản Sán Lùng Thượng - xã Bản Vược có chênhlệch độ cao là 280 m dòng nước chảy xiết

600-2.1.3 Điều kiện địa chất

Về điều kiện địa chất, công trình thuỷ điện Ngòi Phát nằm trong vùng các đábiến chất động lực nguồn gốc từ các xâm nhập magma cổ, cắt ngang khối magmaBalotit Posen Dọc theo lòng sông đá thuộc khối Posen lộ ra liên tục trên chiều dài 5

km từ vị trí nhà máy ngược về thượng lưu, đó là các đá biến chất cổ và Granitoit cổnhư Granito Gơnai biotit, amphibol, Granodiotit gơnai

Địa chất công trình vùng tuyến đập: qua các tài liệu nghiên cứu địa chất khuvực công trình cho thấy nền đập tuyến I (Tuyến thượng lưu) là đá hoa tương đốiđồng nhất nhưng bị castơ hoá có nhiều khả năng mất nước qua nền và vai đập.Nền đập tuyến II (Tuyến hạ lưu cách tuyến I gần 180m) đặt tại khúc cong củasuối Ngòi Phát gặp đá phiến của tầng Lũng Pô gồm các loại granitogơnai, phiếnAmphibol, phiến thạch anh xêrixit và các dải đá quarzit

Địa chất khu vực hồ chứa: Từ các điều kiện địa hình, địa chất thuỷ văn và địachất cho phép kết luận không có khả năng mất nước từ hồ Ngòi Phát sang các thunglũng bên cạnh Chỉ có thể xảy ra thấm từ thượng lưu về hạ lưu đập qua các khe nứt,mặt phân phiến trong đá phiến thuộc hệ tầng Lũng Pô.

Do mặt hồ nhỏ, lòng hồ thấp, khả năng tái tạo bờ hồ khó có thể xảy ra với mức

Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu dùng cho tính toán: Bảng 2.3, 2.4 Phụ lục 2

2.1.5 Điều kiện thủy văn:

2.1.5.1. Đặc điểm khí hậu :

- Khí hậu : Lưu vực Ngòi Phát nằm ở khu vực chuyển tiếp từ vùng Đông Bắc sang

vùng Tây Bắc Trên khu vực này, vùng núi cao trên 1000m ở thượng nguồn có khíhậu núi cao nhiệt đới, ôn hoà như vùng ôn đới, còn ở hạ lưu địa hình thấp, khí hậumang đậm nét đặc điểm của chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa

- Nhiệt độ và độ ẩm không khí : Theo tài liệu quan trắc khí tượng, chế độ nhiệt trong

khu vực biến đổi theo mùa và theo độ cao địa hình một cách rõ rệt

Tương tự như các vùng miền núi khác ở phía Bắc, mùa hè ở đây thường kéodài từ tháng 4 tới tháng 10, và mùa đông từ tháng 11 tới tháng 3 năm sau Các vùngcao ở thượng lưu có mùa đông khá lạnh, nhiệt độ có khi xuống dưới 0oC nhưng lại

có mùa hè mát mẻ, nhiệt độ trung bình từ 17 ÷20oC Các vùng thấp ở hạ lưu có chế

độ nhiệt giống như ở các vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa khác, nghĩa là có một mùađông lạnh và một mùa hè nóng bức

Độ ẩm tương đối trung bình năm thay đổi không nhiều giữa các vùng khoảng

từ 85 ÷87% Độ ẩm tương đối nhỏ nhất ở Sa Pa là 9% xuất hiện vào tháng 3

-Chế độ gió :

Do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió thịnh hành chung cho toàn khu vực làhướng Tây và Tây Nam Trong năm có hai mùa gió phân biệt: Gió mùa Đông vớigió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc, kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau,mang không khí lạnh và khô, gió mùa hè hướng gió thịnh hành Tây Nam xuất hiện từtháng 5 tới tháng 10

Vận tốc gió ứng với tần suất P=4% V=40m/sVận tốc gió ứng với tần suất P=50% V=26m/s

2.1.5.2. Chế độ mưa

Mưa trong năm trên toàn khu vực được phân thành hai mùa: mùa mưa và mùakhô Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 tới tháng 10 có thể tập trung tới 75% đến 85%lượng mưa của cả năm Các trận mưa rào cường độ cao có thể gây ra lũ lớn trên lưuvực thường xảy ra trong tháng 7 và tháng 8 Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng

4 năm sau Trong thời kỳ này, mưa chủ yếu là mưa nhỏ, lượng mưa hạn chế chỉchiếm khoảng 15% đến 25% lượng mưa năm

2.1.5.3 Dòng chảy năm và lưu lượng bình quân năm

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp kết quả tính toán dòng chảy năm

Tổng hợp các phương pháp tính ta chọn kết quả sau làm trị số tính toán thiết

kế : Qo = 18,0 (m 3 /s) C V = 0,2 C S = 0,4

Lưu lượng bình quân năm tại tuyến đập cho ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Lưu lượng bình quân năm tại tuyến đập Ngòi Phát

Bảng 2.3 Lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng lũ 1,3,5 ngày lớn nhất ứng với tần

suất P% tại tuyến đập Ngòi Phát

- Lưu lượng bùn cát tại tuyến đập Ngòi Phát: R = 4,392 (Kg/s)

- Khối lượng chất lơ lửng đến tuyến đập: W1 =138,506 103 (Tấn/năm)

- Khối lượng bùn cát di đẩy đến tuyến đập: W2 = 41,552 103 (Tấn / năm)

- Tổng khối lượng: W = W1 + W2 = 180,058 103 (Tấn/năm)

- Thể tích chất lơ lửng: V1 = 103 (m3)

- Thể tích chất di đẩy : V2 = 103 (m3)

- Tổng thể tích hàng năm: V = V1 + V2 = 202,812.103 (m3)

2.1.5.6 Đặc trưng địa hình hồ chứa

Quan hệ mực nước –lưu lượng ( Q- H) ( bảng 2.7,2.8, 2.9 Phụ lục 2)

Kiểm tra tính toán lũ thiết kế:

- Với đường quan hệ Q ~ H đã xây dựng, tiến hành kiểm tra kết quả tính lũ thiết kếnêu ở Bảng 2.3 dựa theo vết lũ lớn của các trận lũ đã từng xảy ra và đã được xácđịnh bằng khảo sát thực địa Qua thăm hỏi nhiều người dân địa phương vết lũ lớnnhất còn ghi nhớ được ở vị trí cầu treo do một ông già khoảng 70 tuổi cung cấp là

132 , 173 W

1

1 = γ

68 , 29 W

2

2 = γ

426 m Vị trí cầu treo mằm cách tuyến đập về phía thượng lưu khoảng 500m, do đócao trình vết lũ ở vị trí tuyến đập ước tính khoảng 421,2 m tương ứng với lưu lượng

Q tra trên đồ thị quan hệ Q ~ H ở vị trí tuyến đập là 3220m3/s

- Căn cứ theo tuổi của người cung cấp thông tin, thời kỳ xuất hiện lại của trận lũkhoảng 70 năm Như vậy lưu lượng đỉnh lũ thiết kế P = 1% tại tuyến đập là Qmax =

3414 m3/s như đã tính toán là hợp lý

Số liệu quan hệ địa hình lòng hồ cho ở bảng 2.10, 2.11 và các hình 2.7,2.8 Phụlục 2

2.2 ĐẶC ĐIỂM DÂN SINH KINH TẾ

2.2.1 Đặc điểm dân sinh

Dự án thủy điện Ngòi Phát được bố trí tại địa bàn 2 xã Bản Xèo và Bản Vượchuyện Bát Xát tỉnh Lào Cai Hạ lưu nhà máy thuỷ điện Ngòi Phát là mỏ đồng SinhQuyền Với kích thước và quy mô công trình nhỏ, các ảnh hưởng về kinh tế xã hội

do công trình trực tiếp gây ra chỉ xảy ra trong nội bộ huyện Bát Xát và chủ yếu tạihai xã Bản Xèo và Bản Vược

Bảng 2.4: Tình hình dân cư khu vực dự án

Thông số xã hội Đơn vị Bản

Xèo

DềnThàng

BảnVược

HuyệnBát Xát

Mật độ dân số Người/km2 55,18

2.2.2 Đặc điểm kinh tế khu vực

- Nông nghiệp là hoạt động kinh tế chính

- Tổng diện tích đất lâm nghiệp của huyện Bát Xát tính đến năm 2000 là:25.100ha, sản lượng khai thác lâm sản đạt 160m3 khối gỗ, 53.200secte củi thước,262.000 cây tre nứa luồng

- Cơ cấu công nghiệp và tiểu công nghiệp còn nhỏ hiện nay chỉ có một vài cơ

sở chế biến nhỏ như: Xí nghiệp liên doanh đồng ở xã Bản Vược ; Khai thác đá vàvật liệu xây dựng ;Sản xuất gỗ …

Tình hình kinh tế tại ba xã Bản Xèo; Bản Vược và Dền Thàng thể hiện quacác số liệu trong bảng 2.5

Bảng 2.5: Tình hình kinh tế các xã vùng hồ và khu nhà máy

1 Diện tích đất nông nghiệp ha 177,50 342,9 283,05

- Gieo trồng cây lương thực 253,42 394,4 303,43

- Gieo trồng cây công nghiệp

ngắn ngày

2.2.3 Về văn hóa giáo dục

Hiện nay các xã trong huyện đều có trường tiểu học, toàn huyện chỉ có mộttrường PTTH Về sức khỏe cộng đồng: Tại hai xã Bản Xèo và Bản Vược đã có trạm

y tế Tuy nhiên trang thiết bị còn hạn chế, chỉ phục vụ được các bệnh thông thường

CHƯƠNG 3 QUY MÔ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH

3.1 TÍNH CẤP THIẾT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

Lào Cai là tỉnh miền núi vùng cao biên giới phía Tây Bắc Toàn tỉnh có nhiềusông suối lớn nhỏ có tiềm năng thuỷ điện dồi dào, có tài nguyên khoáng sản kháphong phú với các mỏ có trữ lượng lớn như Apatit (Cam Đường), đồng Sinh Quyền(Bát Xát), sắt (Quí Sa), graphit (Nậm Mu)

Theo dự báo phụ tải của "Tổng sơ đồ V" hiệu chỉnh (năm 2002) nhu cầu phụtải của các khu vực tỉnh Lào Cai như sau:

Bảng 3.1: Nhu cầu phụ tải khu vực Lào Cai (Đơn vị: MW)

Hiện tại việc cung cấp điện cho Lào Cai từ lưới điện quốc gia dẫn lên bằngđường dây 110 KV mạch kép AC - 185 dài 125km qua trạm biến áp hạ thế 110/35Tằng Loỏng rồi theo đường dây 35 KV đi:

- Tằng Loỏng - Lào Cai mạch kép AC - 95 dài 35km

- Lào Cai - Bát Xát mạch đơn AC - 70 dài 25km

- Lào Cai - Sa Pa AC - 95 dài 40km

Do đó: Việc đầu tư xây dựng công trình thuỷ điện Ngòi Phát là rất cần thiết nó

sẽ làm tăng nguồn điện phục vụ cho các ngành công nghiệp ở thị xã Lào Cai và cácvùng lân cận như mỏ đồng Sinh Quyền (Bát Xát), Apatit (Cam Đường) và gópphần củng cố cơ sở hạ tầng của các xã thuộc huyện Bát Xát tỉnh Lào Cai

Khi trạm thủy điện Ngòi Phát hòa lưới điện quốc gia tham gia, việc cấp phátđiện tại chỗ sẽ được cải thiện và ổn định trong quá trình phủ tải

3.2 CÁC ĐIỀU KIỆN THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN

- Khó khăn : Dự án thuỷ điện Ngòi Phát nằm trong vùng núi cao hiểm

trở,đường ống áp lực có chiều dài lớn dẫn đến thi công nguy hiểm, phải luôn đềphòng tai nạn lao động, ngoài ra điều kiện giao thông vận chuyển thiết bị rất khókhăn nhưng có thể khắc phục được bằng cách cải tạo và nâng cấp các đoạn đườngdẫn tới công trình , dự kiến phải cải tạo và xây mới khoảng 19km đường

- Thuận lợi : khu vực dự án có trữ lượng vật liệu xây dựng tại chỗ lớn và chất

lượng tốt (trừ cát sỏi ở vị trí hơi xa, cách khoảng 60km) sẽ giảm được chi phí đầutư

3.3 QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

3.3.1 Các thành phần chính của công trình

1, Hồ chứa Ngòi Phát :

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT) : 431,0m

- Về mùa kiệt hồ chứa Ngòi Phát sẽ làm việc theo chế độ điều tiết ngàyđêm tối đa là 200.000 m3 nước, với một lớp nước làm việc 1,50m

Đập tràn ở lòng sông là đập tràn bằng bê tông côt thép

2, Cửa lấy nước: nằm bên bờ phải lấy nước vào đường dẫn.

Đường dẫn là đường hầm áp lực có đường kính trong Do=3,0m và lưu lượngthiết kế Q=15,8m3/s Đường dẫn áp lực dài toàn bộ 5690m, trong đó có một đoạnhầm nổi dài 400m

Giếng điều áp ở cuối đường hầm có đường kính trong 6m và cao 46m

3, Nhà van cuối đường hầm Tiếp theo là đường ống áp lực có D0=2,0m, dài810m, thiết kế với lưu lượng tính toán phát điện là Q=15,8m3/s sẽ được dẫn vào nhàmáy thủy điện (NMTĐ)

4, Nhà máy thủy điện có 3 tổ máy loại tuốc bin Francis trục đứng, công suất

mỗi tổ 12MW Nhà máy bố trí bên bờ phải Ngòi Phát, được nối với bờ sông bằngmột đoạn kênh xả ngắn

5, Trạm phân phối điện bố trí gần NMTĐ Tuyến đường dây 110KV dài

30km, dẫn điện từ NMTĐ Ngòi Phát đến trạm biến áp Lào Cai để cấp điện vào lướiQuốc gia

6, Khu nhà quản lý, các đường quản lý vận hành đầu mối và NMTĐ.

3.3.2 Cấp công trình và tần suất thiết kế

Các quy trình quy phạm hiện hành của Việt Nam, có tham khảo tiêu chuẩnnước ngoài được áp dụng cho một số dự án Thuỷ Điện Việt Nam

- Các hạng mục chủ yếu thuộc tuyến áp lực, tuyến năng lượng: cấp III

- Các hạng mục thứ yếu phục vụ thi công, quản lý khai thác: cấp IV

Tần suất thiết kế (Đối với công trình cấp III):

- Lũ tần suất thiết kế với P=1% tuyến đập : 3414 m3/s

- Lũ tần suất thiết kế với P=1% tuyến NMTĐ: 3686 m3/s

- Lũ tần suất kiểm tra với P=0,2% tuyến đập: 4352 m3/s

- Lũ tần suất kiểm tra với P=0,2% tuyến NMTĐ : 4686 m3/s

- Tần suất lưu lượng lớn nhất dẫn dòng thi công : P = 10%

- Tần suất đảm bảo phát điện P = 85% Do đưa lên lưới Quốc gia đề nghị nâng lênP=90%

+ Áp lực bùn cát: n=1,2

+ Áp lực động đất: n=1,1

Phần 2 THIẾT KẾ CƠ SỞ CHƯƠNG 4: BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

4.1 KHÁI QUÁT CHUNG

Dự án thuỷ điện Ngòi Phát nằm bên bờ hữu Ngòi Phát thuộc ba xã Bản Xèo,Bản Vược và Dền Thàng huyện Bát Xát Toàn bộ công trình bố trí theo dạng đậpdâng tràn, đường dẫn và nhà máy thuỷ điện cột nước cao

4.2 PHÂN TÍCH CHỌN VỊ TRÍ TUYẾN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

Khi khảo sát địa hình tại khu vực các kỹ sư đã đưa ra 3 phương án chọn vị tríxây dựng tuyến đập đó là tuyến I ở thượng lưu, tuyến II ở hạ lưu và tuyến đập nằmgiữa như sau:

4.2.1 Tuyến đập I

Có mặt cắt địa hình rộng nhất Địa chất nền đập là các lớp đá hoa thuộc phụ hệtầng Sa Pa trên, có thành phần thạch học và tính chất cơ lý tương đối đồng nhất vớigóc dốc mặt lớp cắm về hạ lưu

Yếu tố địa chất bất lợi nhất tại tuyến I là đá hoa tại các vết lộ trên mặt bị các tơhoá mạnh theo mặt lớp và theo khe nứt, hiện tượng các tơ có thể phát triển xuốngsâu hơn, gây mất nước qua nền và vai đập Nếu chọn vị trí tuyến I, khối lượng xử lýchống thấm sẽ lớn Với mức độ khảo sát hiện nay, chưa thể xách định chính xác độsâu và mức độ cần xử lý Tuy nhiên, dù đá gốc tại nền đập có tính thấm nước lớn,

độ sâu cần lý xử chống thấm lớn nhất không vượt quá chiều cao của đập Mặt khác

bề dày lớp phủ bên vai phải tương đối dày, khối lượng bóc bỏ lớp phủ tương đốilớn Ngoài ra nếu chọn vị trí tuyến I, cần có công trình dẫn nước đến vị trí cửa vào

đã khảo sát hoặc phải khảo sát một vị trí cửa vào tuynen khác

4.2.2 Tuyến đập giữa

Vị trí tuyến đập giữa nằm ngay trên vùng đứt gãy phân chia địa tầng số III-1,địa chất nền đập gồm hai loại đá không đồng nhất, lớp phủ eluvi-deluvi ở cả hai bênvai đập đều dày là những yếu tố ĐCCT rất bất lợi về mặt ổn định nền đập và thấmmất nước

4.2.3 Tuyến đập II

Vị tí tuyến đập II có mặt cắt ngang hẹp nhất, nền đập gồm các lớp đá tươngđối cứng chắc và đồng nhất thuộc hệ tầng Lũng Pô, sản trạng của các lớp đá thuậnlợi cho ổn định và chống thấm nền đập Lớp phủ hai bên vai đập mỏng Tuy nhiên

đá tại nền đập cũng bị nứt nẻ mạnh, nếu chọn tuyến II, đề nghị xử lý chống thấmđến độ sâu bằng khoảng 2/3H, trong đó H là chiều cao đập

4.2.4 Phương án lựa chọn

Trong đồ án này em lấy theo kinh nghiệm của một số công trình đã xây dựnggần khu vực, cũng như qua phân tích các phương án, chọn vị trí tuyến đập tại tuyến

II, chọn giải pháp kết cấu đập bê tông trọng lực để thiết kế

Tuyến đập cách cầu treo khoảng 600m về phía hạ lưu lòng sông rộng 22÷25 m, ở cao độ đáy 410÷411m Tại chỗ tuyến đập thì sông cong nhưng xuôi về hạ lưusông lại thẳng Nền và vai đập đều gặp đá phiến bao gồm Granitơ gơnai, PhiếnAmphibol, Phiến thạch anh xêrixit Đá phong hoá vừa tuy bị nứt nẻ nhưng khá rắnchắc

Tuyến đập gồm có đập dâng nước ở hai bên và tràn xả lũ ở giữa lòng sông

4.3 HÌNH THỨC VÀ BỐ TRÍ TUYẾN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

Ta chọn hình thức tràn xả lũ ngay trên thân đập Đập tràn dâng nước là đậptràn có cửa bố trí ở lòng sông với cao trình ngưỡng tràn 421m giữ MNDBT= 431m.Đập tràn có dạng mặt cắt kiểu Ôphixêrốp phi chân không với kết cấu thân đập là bêtông trọng lực

Nối với hai vai tràn là hai đoạn đập dâng không tràn ở hai bên bờ

Đoạn đập không tràn bờ trái dài 16,8m; đoạn đập không tràn bờ phải dài33,2m; phần tràn ở lòng sông dài 50m Tổng chiều dài (tính đến đỉnh đập) là 100m.Việc đặt cao trình ngưỡng tràn ở 421m cũng nhằm giải quyết xả phù sa khihàng năm mở cửa để xả lũ

Các cửa van cung lớn của đập tràn được nâng hạ bằng máy đóng mở pítstôngthuỷ lực

4.4 CỬA LẤY NƯỚC

Cửa lấy nước còn gọi là cửa nhận nước vào đường hầm áp lực Hình thứccông trình lấy nước là một tháp cống hở Ngưỡng cửa ở cao trình 423,0m với 2khoang, mỗi khoang rộng 3,5 m, sau đó được nối chuyển tiếp vào hầm từ hìnhvuông sang hình tròn có đường kính bên trong là 3,0m

Chiều dài toàn bộ cửa lấy nước là 18 m Cửa lấy nước được bố trí lưới chắnrác, cửa sửa chữa và vận hành có BxH=3,0x3,0m

Mực nước trước cửa là MNDBT= 431m và MNmin= 429,5m Với dung tíchđiều tiết ngày đêm tối đa 200.000m3 hồ sẽ đảm bảo đủ cho việc lấy nước vàoNMTĐ làm việc bình thường vào các giờ cao điểm

4.5 ĐƯỜNG HẦM ÁP LỰC

Là đường hầm ngang có đường kính bên trong là 3,0m Lưu lượng thiết kế vớiQ=15,8m3/s; vận tốc dòng nước trong hầm là v=2,23m/s, vỏ dày 0,3m

Đường hầm phân thành các đoạn sau:

- Đoạn đầu và đoạn cuối là hầm chui, dài 5290m

- Đoạn giữa là hầm nổi, dài 400m

Đường hầm chui có vỏ dày 0,3m tạo ra đường kính đào hầm rộng đến 3,6m đủ

để cho máy đào hầm làm việc tương đối dễ dàng trên chiều dài mỗi đoạn hầm hơn1km

Dọc theo tuyến đường hầm, nơi nào đá tốt ít nứt nẻ chỉ khoan phun bề mặt vỏhầm để gia cố, nơi nào đá nứt nẻ nhiều ngoài việc khoan phun gia cố còn phảikhoan néo hầm trước khi đổ bê tông cốt thép vỏ hầm

Đoạn hầm nổi dài 400m làm bằng ống bê tông cốt thép cũng có đường kínhtrong là Do = 3,0m, dày 0,4m,

4.6 GIẾNG ĐIỀU ÁP

Để giảm chiều cao mực nước lớn nhất (max) và nâng cao mực nước tối thiểu(min) trong giếng điều áp đã xác định được đường kính của giếng là 6m; vỏ thànhgiếng dày 0,5÷1m bằng bê tông cốt thép M200 Bên dưới có một ống nối đườngkính 3,0m nối với hầm

- Mực nước cao nhất trong giếng 449,74m

- Mực nước thấp nhất trong giếng 412,14m

- Cao trình đỉnh giếng 454m, chiều cao giếng 46m

Phía trên miệng giếng bố trí lan can bảo vệ và hệ thống thoát nước dọc theochân mái đào

Vị trí giếng tại Km:6+620m (theo tim tuyến đường hầm) tức là cách điểm cuốicủa đường hầm 80m về thượng lưu

4.7 ĐƯỜNG ỐNG THÉP ÁP LỰC

Nhà van nằm ở cuối đường hầm và nối với đầu đường ống thép áp lực Trongnhà van đặt một van đĩa có đường kính D=2m Van đĩa luôn luôn mở, chỉ đóng lạikhi có sự cố đường ống thép

Đường kính của đường ống thép áp lực được tính toán từ đường kính kinh tế.Lưu lượng thiết kế đường ống QTK = 15,8m3/s Với đường kính Do = 2m thì vận tốcnước chảy trong ống là V = 5,03m/s vừa đủ để không sinh ra tổn thất nhiều trongống Qua tính toán nước va cho loại tua bin tâm trục đã xác định chiều dày thànhống thay đổi từ 16 đến 28mm

Đường ống thép đặt trên các mố đỡ và 7 mố néo ở các chỗ gãy khúc Các mốnéo được bố trí cắm sâu vào các lớp đá gốc.

4.8 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN,TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN, NHÀ QUẢN LÝ

Nhà máy thuỷ điện có 3 tổ máy tua bin Francis, khoảng cách tâm giữa các tổmáy là 7,5m

- Cao trình bánh xe công tác của tua bin là 137m

- Cao trình sàn lắp máy là 143,5m

Ống hút nằm sâu và được dẫn thoát ra nối với đáy kênh xả ở cao trình 135,5mđảm bảo mực nước Min 136m còn cao hơn đáy sông Ngòi Phát ở cao trình131÷132m

Nhà máy rộng 16,5m, dài 35,0m Trong nhà máy bố trí tổ máy tua bin tâm trục

và ba máy phát trục đứng đồng bộ 3 pha với công suất 12MW mỗi máy Các tủ,bảng điện điều khiển và phân phối cũng được bố trí trong nhà máy

Máy biến áp chính của NMTĐ gồm ba máy dung lượng 16MVA bố trí đặt ởtrạm phân phối điện ngoài trời

Hệ thống phân phối điện 110KV được phát trực tiếp lên lưới qua máy cắtđường dây Máy biến áp chính gồm một mạch đường dây 110KV – máy biến ápchính

Để lắp đặt, tháo dỡ thiết bị nặng trong nhà máy có bố trí cầu trục sức nâng50/10T, nhịp LK = 10,5m

Tại hạ lưu nhà máy có bố trí phai sửa chữa và Palăng điện sức nâng 5T

Kênh xả sau nhà máy có mặt cắt hình thang, đáy rộng 18m, dài 30m với caotrình đáy 135,5m và được nối với đáy sông ở cao trình 132m

Khu nhà quản lý và vận hành nhà máy thuỷ điện Ngòi Phát được dự kiến bố trí

xa nhà máy nằm bên trái đường ôtô vào nhà máy, cũng là nơi bảo vệ vòng ngoàicho công trình Tổng diện tích sử dụng là 3100 m2

hồ chứa, dung tích phòng lũ và quy mô của công trình tháo lũ

Tóm lại, mục đích cụ thể của tính toán điều tiết lũ là căn cứ vào lũ thiết kế và

lũ kiểm tra để xác định đường quá trình lưu lượng q =f(t) tháo xuống hạ lưu sau lúc

đã điều tiết qua hồ chứa

5.2 TÀI LIỆU TÍNH TOÁN

- Mực nước dâng bình thường với dung tích tương ứng : MNDBT = 431m , dungtích 0,58 triệu m3

- Quy mô công trình tràn

+ Đập tràn có 5 cửa bố trí ở lòng sông

+ Kích thước cửa van cung BxH = 8x10m để giữ MNDBT 431m

+ Mặt cắt tràn có dạng mặt cắt Ôphixêrốp phi chân không Cao trình đáy chân khay408m Cao trình ngưỡng tràn 421m Tổng chiều dài bố trí 5 khoang tràn là 50m

- Đường quá trình lũ đến ứng với tần suất P%(1% và 0,2%)

Sử dụng số liệu tại bảng 2.5, 2.6 phụ lục 2,các biểu đồ đường quan hệ Q-t(hình 2.1- 2.6)

- Đặc trưng địa hình lòng hồ Z-W bảng 2.7 , 2.8 Phụ lục 2

5.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Nguyên lý của tính toán điều tiết lũ dựa vào phương trình cân bằng nước :

- Phương trình cân bằng nước :

V t

d d

=Q – q hay V2 = V1 + Δt - ΔtTrong đó: Q là lưu lượng lũ đến (m3/s)

q là lưu lượng xả xuống hạ lưu (m3/s)

- Phương trình động lực: q= f(A, Zt, Zh)

- Đường quan hệ mực nước và dung tích Z~V

- Đường quan hệ mực nước hạ lưu và lưu lượng nước H~Q

- Lưu lượng xả qua tràn khi cửa van mở hoàn toàn : q = εmB

Trong đó: B -là tổng chiều rộng tràn nước B = Σb =5*8= 40 m

-là hệ số chảy ngập, sơ bộ chọn =1

ε - là hệ số co hẹp bên

ε = 1 – 0,2 = 1 – 0,2=0,9

m là hệ số lưu lượng ; sơ bộ chọn m=0,41

H0 là cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần, chọn Ho/b =1

Ta chọn phương pháp lặp trực tiếp để tính toán điều tiết lũ.Nội dung như sau:

Bước 1: Giả định giá trị ở cuối thời đoạn tính toán, tính giá trị V2 theo phươngtrình cân bằng nước

Bước 2: Xác định giá trị mực nước thượng lưu Zt2 (tra quan hệ Z~V); và mựcnước hạ lưu Zh2 (tra quan hệ H~Q) tại cuối thời đoạn tính toán Nếu mực nước hạlưu không ảnh hưởng đến khả năng tháo lũ của công trình thì không cần xác địnhmực nước hạ lưu

Bước 3: Tính giá trị theo phương trình động lực và kiểm tra điều kiện :

ε Với ε là sai số cho phép =5%

Nếu sai số thỏa mãn thì chuyển sang thời đoạn tiếp theo ,nếu sai số khôngthỏa mãn thì quay lại bước 1.Tiến hành tính toán cho tất cả thời đoạn sẽ xác địnhđược quá trình xả lũ, các đặc trưng dung tích phòng lũ và các mực nước đặc trưng

5.4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Ta dùng bảng excel để tính lặp thử dần:

- Cột 1: Thời gian tính toán

- Côt 2: Lưu lượng lũ đến ứng với từng thời điểm tính toán

- Cột 3: Lưu lượng xả giả thiết cuối thời đoạn

- Cột 4: Dung tích hồ ứng với đầu thời đoạn V

- Cột 5: Cao trình mực nước trong hồ ứng với dung tích hồ Z

- Cột 6: Lưu lượng xả lũ cuối thời đoạn tính toán

- Cột 7: Tính sai số

Kết quả tính toán điều tiết lũ: bảng tính toán 5.1 ,5.2 -Phụ lục chương 5

Hình 5.1 Biểu đồ điều tiết lũ ứng với tần suất thiết kế P=1%

Hình 5.2 Biểu đồ điều tiết lũ ứng với tần suất kiểm tra P=0.2%

Bảng tổng hợp kết quả thu được bảng 5.1

Bảng 5.1 Tổng hợp kết quả thu được :

Mục đích của phần này là tính toán thiết kế đưa ra mặt cắt đập hợp lý nhất

thỏa mãn điều kiện về ổn định, ứng suất, độ bền và kinh tế nhất

Nhiệm vụ :

1 Đưa ra mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực

2 Tính toán xử lý thấm, kiểm tra ổn định.

3 Biện pháp xử lý nền công trình.

6.2 TÀI LIỆU TÍNH TOÁN

+ MNDBT =431m ; MNDGC =434.2 m ; MNC = 429.5 m

+ ▼bc =421 m , ▼đáy đập =408 m

+ Vận tốc gió V4% = 40(m/s) , V50% = 26(m/s)

+ Công trình cấp III, các chỉ tiêu tính toán chương 4

+ Cắt dọc mặt đất tự nhiên tim tuyến đập hình 6.1 –Phụ lục 6

Hình 6.1: Mặt cắt cơ bản của đập dâng

6.3.1 Chiều cao mặt cắt đập sơ bộ :

Chiều cao mặt cắt đập: H = MNLTK - ∇ đáy

Trong đó: MNLTK =434,2m

6.3.2.1 Theo điều kiện ổn định.

c

1

1 n

(6.1)Trong đó: H chiều cao mặt cắt, H=26,2m

f - hệ số ma sát giữa nền đá và bản đáy công trình ,f = 0,85

(T/m3) là dung trọng của nước

n là hệ số thường chọn theo kinh nghiệm n = 0-0,1 Chọn n=0

c =

=1,21

nc – hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp tải trọng cơ bản nc = 1,00

Kn – hệ số độ tin cậy, với công trình cấp III : Kn = 1,15

m – hệ số điều kiện làm việc m = 0,95

Vậy thay số liệu vào (6.1) ta được B=1.21 = 0.749H

6.3.2.2 Theo điều kiện ứng suất.

Chiều rộng đỉnh đập xác định theo điều kiện khống chế ứng suất pháp ở mépbiên thượng lưu bằng không xác định theo công thức:

1

1 n

HB

B==0,725H6.3.2.3 Chọn trị số B.

Trị số B được chọn là giá trị thỏa mãn đồng thời cả hai điều kiện ổn định vàứng suất, chọn giá trị lớn nhất trong hai giá trị đó Kết quả bảng 6.1

Bảng 6.1: Kết quả tính toán mặt cắt cơ bản.

∆h- Độ dềnh mặt nước do gió ứng với gió tính toán lớn nhất

ηs- Độ dềnh cao nhất của sóng có mức bảo đảm ứng với gió tính toán lớn nhất a- Độ vượt cao an toàn Công trình cấp III, nên tra theo quy phạm 14TCN56-

88 ta được a= 0,4m

Mực nước dâng bình thường: MNDBT = 431 m

 Tính ∆h: ∆h=2.10-6.α (6.3)

h1% - chiều cao truyền sóng ứng với mực đảm bảo tương ứng p=1%

H - chiều cao cột nước thượng lưu, H= 431-408 =23m

λ - chiều dài sóng

- Tính h1% : Theo quy phạm QPTL C1 – 78, h1% = k1%.h (6.5)

Vì chưa biết λ nên ta giả thiết là trường hợp sóng nước sâu

Tính các giá trị không thứ nguyên

Chọn cặp giá trị nhỏ nhất trong 2 cặp giá trị trên ta tính được các giá trị sau:chu kỳ sóng bình quân τ, chiều cao sóng bình quân h, chiều dài sóng bình quân λ.Vậy ta có:

Từ đó ta tính được:

=0,0017 =0,277 m

Bước sóng trung bình được xác định theo công thức:

λ= Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu: H1 = 23 > λ/2 = 5,934/2 = 2,967 m

Vậy thoả mãn điều kiện sóng nước sâu

Tính chiều cao sóng h với mức đảm bảo i = 1% theo (6.5)

k1%: tra ở đồ thị P2-2 ứng với

2

gD7,357

V =

ta có k1% = 2,01Thay vào công thức (6.5) ta có :

h1% = 2,01 0,277 = 0,557( m)

Tra kη s từ cặp giá trị sau

1 1%

5,934

0, 25823

0,55

0, 095,934

H h

ηs = 1,22 0,557 = 0,680 (m )Vậy cao trình của đỉnh đập:thay các giá trị vao (6.2) ta có

∆h’- Độ dềnh mặt nước do gió ứng với gió bình quân lớn nhất

η’s- Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với gió bình quân lớn nhất

a- Độ vượt cao an toàn Công trình cấp 3 nên tra được a = 0,4 m

MNLTK là mực nước lũ thiết kế, MNLTK =434,2m.

 Tính ∆ h': ∆h’=2.10-6 (6.7)

Trong đó: V'- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với P = 50% có V = 26 m/s

D'- Đà sóng ứng với mực nước dâng gia cường MNDGC D' =1400 m.H'1 - Chiều sâu nước trước đập ứng với MNLTK

H'1 = MNLTK - ∇đáy sông =434,2-408=26,2m

α1 -Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió.Chọn α1 = 0;Cos α1 =1

Thay các giá trị vào công thức (6.7) ta được giá trị của ∆h′

:2

k'η s phụ thuộc vào λ/H' và h1%/λ

H'- Chiều sâu nước sông

λ'- Chiều dài sóng

- Tính h' 1% :

Vì chưa biết λ' nên ta giả thiết là trường hợp sóng nước sâu

Tính các giá trị không thứ nguyên, trong đó t là thời gian gió thổi liên tục.(Khi không có tài liệu, lấy t = 6 h)

'

g.t 9,81.6.3600

=8150'

V =

→

, , , ,2

g3,8V

gh0.075V

g.D14,49

V =

→

, , , ,2

g0,63V

gh0.004V

lợi ,

, , ,2

g

63Vgh

0.004V

,

, ,2

H'1min = 26,2> λ'/2 = 4,36/2 = 2,18 mVậy thoả mãn điều kiện sóng nước sâu

Tính chiều cao sóng với mức đảm bảo i = 1% là:

h'1% = k'1% h' (6.9)Trong đó : k'1%- tra ở đồ thị Hình 3.5 Giáo trình thủy công tập I,ứng với

h'1% = 2,1 0,267 = 0,561 mTính độ dềnh cao của sóng: theo công thức (6.8)

Từ các đại lượng

' ' 1

H

λ

và

' 1%

′λ

Từ đó tra được trên đồ thị Hình 3.7 Giáo trình thủy công tập I-Trường Đại họcThủy Lợi được kη s = 1,1230

Thay các giá trị vào công thức (6.8)

η's = 1,230 0,561= 0,69 mVậy cao trình của đỉnh đập: Tính theo (6.6)

' '

Z = MNLTK + ∆ + η + h a

= 434,2 +0,007+0,69+0,4=435,3 m6.4.1.3 Xác định cao trình đỉnh đập theo mực nước lũ kiểm tra (MNLKT):

3

Z =MNLKT a+

= MNLKT+0,4 (6.10)Trong đó: MNLKT- là mực nước lũ kiểm tra=434,61m

a - Là độ vượt cao an toàn, công tình cấp III a =0,4 m

Vậy ta tính được Z3=434,61+0,4 =435,01 m

Kết luận : Từ 3 giá trị Z1, Z2, Z3 vừa tính được ta thấy Z2 =435,3m là lớn nhất,suy ra thỏa mãn cả ba điều kiện tính toán cao trình đỉnh đập vậy chọn cao trình đỉnhđập là 435,3m

6.4.2 Xác định kích thước đỉnh đập và đáy đập:

6.4.2.1 Đỉnh đập

Đỉnh đập không kết hợp làm đường giao thông, chỉ bố trí để vận chuyển vậtliệu, đặt các máy móc thiết bị trong thi công, đi lại kiểm tra trong quá trình vậnhành Chọn bề rộng đỉnh đập theo điều kiện cấu tạo Bđỉnh đập = 5 m

6.4.3.2 Kích thước của hành lang.

Kích thước hành lang phải đủ đảm bảo các yêu cầu cần thiết như đi lại, đặt cácmáy móc thiết bị cần thiết cho thi công và quản lý

Xung quanh các hành lang thường có ứng suất rất lớn nên ta bọc ngoài cáchành lang bằng 1 lớp BTCT M300

Do vậy ta chọn hành lang có kích thước 3,0x3,5m

Với H là cột nước tính đến đáy hành lang J là gradienthấm cho phép của bê tông Khi sử dụng phụ gia chống thấm có thể lấy J lớn hơn.Trong đó : H - cột nước tính đến đáy hành lang,H= 434,2-411=23,2

J - gradien thấm cho phép của bêtông, J = 20

Vậy l1 = =1,16 (m)

Ngoài ra l còn không được nhỏ hơn 2 (m) nên ta chọn l = 2(m)

6.4.4.2 Yêu cầu thiết kế

Màn chống thấm có kích thước nào đó thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

- Phải đảm bảo đạt được cột nước còn lại sau màn chống thấm đã chọn trongphần thiết kế mặt cắt cơ bản đập

- Màn chống thấm đủ dày để không bị chênh lệch cột nước trước và sau mànchống thấm đánh thủng

- Vị trí màn chống thấm về nguyên tắc càng gần thượng lưu càng tốt nhưngphải đảm bảo yêu cầu chống thấm cho bê tông trước hành lang thi công màn chốngthấm

6.4.4.3 Tính toán các thông số màng chống thấm

 Vật liệu làm màng chống thấm:

Màn chống thấm ở đây có hai tác dụng chính là chống thấm và gia cố nền nênchọn vật liệu thi công màn chống thấm là xi măng Thi công lớp bê tông đáy dàykhoảng 1,5 m dùng làm tầng phản áp để khoan phụt vữa xi măng làm thành màngchống thấm

 Chiều sâu phụt vữa S1:

Chiều sâu khoan phụt phụ thuộc vào cột nước, độ nứt nẻ của nền và chiều caođập

Theo tiêu chuẩn 14TCN 56-88 quy định chiều sâu của màn chống thấm phảiđạt được điều kiện sau :

H<60 m [ ]ω

=0.05l/ph.m2

S1 = (0,5-0,8).H (6.11)Trong đó: H = (Zt- Zh) max = 434,2-421,5=12,7 m là cột nước thấm lớn nhất.

Chọn S1 = 0,63H = 8 m

 Chiều dày của màn chống thấm:

Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn:

][

⇒ Chọn δ = 0,5m

 Vị trí màn chống thấm: