Thiết kế hồ chứa nước kim sinh

Dòng chảy năm thiết kế Căn cứ vào dòng chảy hàng năm trong lưu vực tính toán được lượng nước đến của các tháng trong năm tương ứng với tần suất p=85% như sau:... CẤP CÔNG TRÌNH Căn cứ v

PHẦN I: TÌNH HÌNH CHUNG VÀ TÀI LIỆU CƠ BẢN

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

§1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH

I VỊ TRÍ ĐỊA LÝ

- Hồ chứa nước Kim Sinh nằm trên địa phận xã Quất Đông Huyện Móng Cái Tỉnh Quảng Ninh Phía tây cách Thị Xã Móng Cái 10 km, phía nam cách đường quốc lộ số 4 khoảng 600m, phía bắc giáp với lưu vực sông Ka Long, diện tích lưu vực hồ vào khoảng 11km2

II ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH ĐỊA MẠO

Lưu vực của hồ nằm trong vùng đồi trọc, tầng phủ mỏng Địa hình ở đây thấp dần từ Bắc xuống nam Nhìn chung trong lưu vực này, sông suối có chiều dài tương đối nhỏ nên lưu lượng của nó cũng nhỏ

Sông suối của vùng này thường uốn khúc quanh co quanh các sườn đồi Khu

hồ chứa là một khu hồ chứa thấp dần từ bắc tới nam Khu vực tưới độ dốc thấp dần

từ tây sang đông, ruộng đất ở đây đại bộ phận là bậc thang và có địa hình cao thấp không đều

§1.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

I CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG

Lưu vực của hồ nằm trong vùng có khí hậu Đông Bắc, chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, khí tượng vùng này chia làm hai mùa rõ rệt mùa mưa và mùa khô

- Gió được chia làm hai mùa

- Gió mùa Đông Bắc ảnh hưởng từ tháng 10- 4 Hướng gió chính là Bắc Đông Bắc

- Gió mùa Đông Nam ảnh hưởng từ tháng 5- 9 hướng gió chính là Nam Đông Nam

- Lượng mưa trung bình nhiều năm: 2800(mm)

- Lượng mưa năm lớn nhất :4118.9(mm)

- Lượng mưa nhỏ nhất min : 1732.5(mm)

- Lượng mưa ngày lớn nhất : 384.6(mm)

II) CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN DÒNG CHẢY

Trong khu vực đại bộ phân là đồi trọc, sông suối ở dây đều ngăn và ít nước Sông dài nhất là sông Quất Đông với chiều 6.13km với độ dốc trung bình là 0.0072 Lưu vực này nằm trên vùng đá cổ và được phủ một lớp đất thịt lẫn cát sỏi hạt thô

1 Dòng chảy năm thiết kế

Căn cứ vào dòng chảy hàng năm trong lưu vực tính toán được lượng nước đến của các tháng trong năm tương ứng với tần suất p=85% như sau:

Bảng1.2:Dòng chảy năm thiết kế

- Đường quá trình lũ dạng tam giác có Txuống=2Tlên

-γll trọng lượng riêng bùn cát lơ lửng γll=0,9(tấn/m³)

-γđtrọng lượng riêng bùn cát đáy γđ=1,6(tấn/m³)

§1.3.ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT

Toàn bộ lưu vực hồ nước nằm trên vùng đá cổ rắn chắc phủ trên mặt là loại đá dăm sỏi hoặc sét pha do bị phong hóa

I.ĐỊA CHẤT VÙNG HỒ

Theo tài liệu địa chất cho thấy tại khu vực hồ không có rãnh xói, dốc trượt, do

đó việc hình thành dòng chảy rãnh là không có Đất đai vùng hồ khả năng sinh ra bồi lắng nhỏ, không đáng kể

4)Khoáng sản, khả năng ngập

Vùng hồ chứa không có mỏ khoáng sản nào quý hiếm nên ở đây chúng ta không đề cập đến vấn đề này

Về ngập lụt: căn cứ vào cao trình mặt đất khu vực hồ chứa khi mực nước trong

hồ ngập thường xuyên ở cao trình (+25.0) trở xuống thì diện tích bị ngập lụt là 159ha trong đó có 47ha đất canh tác

II)ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Tuyến công trình đầu mối hồ chứa Kim Sinh được đặt tại xã Quất Đông huyện Móng Cái tỉnh Quảng Ninh Sau khi bóc bỏ lớp phong hóa có chiều dày khoảng 0.5-1.2m tuyến đập được trên nền đá nứt nẻ nhiều

§1.4.VẬT LIỆU XÂY DỰNG

I)ĐẤT ĐẮP ĐẬP

Qua khảo sát ta thấy các bãi vật liệu nằm phân tán ở các đồi hoặc hai bên bờ suối.Cự ly các bãi đến vị trí đập từ 400÷500m Loại đất ở đây hầu hết là đất sét pha cát hoặc loại đất sét chứ dăm sạn

Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp như sau:

Tự nhiên

γtn

Bão hòa

γbh

Tự nhiên

ϕtn

Bão hòa

ϕbh

Tự nhiên

Bão hòa

Hệ số thấm k=10-6 m/s

II)VẬT LIỆU CHỐNG THẤM

Vật liệu chống thấm là đất sét có hệ số thấm Ko=3×10−8(m/s)

III) CÁC LOẠI VẬT LIỆU KHÁC

1) Đá

Đối với đá dùng đề lát mái khai thác cách vị trí đập 800m

Đá xây: Các bãi xung quang công trình không có đá đạt yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật mà phải khai thác mỏ đá hoa cương cách công trình khoảng 5km, đá ở đây có chất lượng tốt, trữ lượng tương đối dồi dào

2) Cát

Tại khu vực lân cận qua thăm dò cho ta thấy các bãi gần công trình thì chất lượng thấp không sử dụng được mà phải khai thác từ xa Cự ly khai thác cách chân công trình khoảng 10km Trữ lượng cát tương đối nhiều

§ 1.5 TÀI LIỆU HỒ CHỨA

1) Đường đặc tính dung tích hồ chứa

Bảng 1.4 Đường đặc tính dung tích hồ chứa

W(106m3) 0 0.2 0.3 0.65 2.5 4.0 6.3 9.2 12.5 16F(106m2) 0 1 2.5 4.2 6.5 8.4 10 14 16.8 19II) ĐƯỜNG QUAN HỆ GIỮA MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG TUYẾN HẠ LƯU.Bảng 1.5: Đường quan hệ mực nước và lưu lượng tuyến hạ lưu

Z(m) 4.64 4.75 4.86 4.96 5.07 5.17 5.26 5.35

Q(m3/s) 80 90 100 110 120 130 140 150

Z(m) 5.43 5.54 5.65 5.76 5.87 5.98 6.1 6.22

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI

§2.1 TÌNH HÌNH DÂN SINH XÃ HỘI

I) DÂN CƯ VÀ ĐỜI SỐNG

Dân cư của toàn huyện là 59000 người, nghề nghiệp chủ yếu của họ là làm ruộng, khai thác rừng và trồng rừng, ngoài ra họ còn có một nghề truyền thống và chăn nuôi

II) PHÂN BỐ RUỘNG ĐẤT VÀ SẢN LƯỢNG NÔNG NGHIỆP

Diện tích canh tác của toàn huyện là 5515 ha Hồ Kim Sinh phụ trách tưới cho 1300ha lúa, hoa màu và một số cây công nghiệp

III) GIAO THÔNG VẬN TẢI

Lưu vực của hồ gần đường quốc lộ 4 nên rất thuận lợi cho chở vật liệu bằng đường bộ khi thi công công trình Do đó, giảm được rất nhiều các chi phí khác khi thi công công trình

§2.2 HIỆN TRẠNG THUỶ LỢI VÀ YÊU CẦU DÙNG NƯỚC

I HIỆN TRẠNG THỦY LỢI TRONG KHU VỰC

Các công trình thủy lợi phục vụ sản xuất ở đây là tương đối ít và chưa được đầu tư đúng mức Cũng có một số công trình nhưng đã được xây dựng từ lâu do vậy khi đi vào khai thác nó không thể phục vụ được nhu cầu dùng nước của nhân dân

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ GIẢI PHÁP THỦY LỢI

§3.1 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH.

I) PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Do nằm trên vùng đồi núi thấp nên thu nhập chủ yếu của nhân dân là trồng trọt nên xuất phát từ nhu cầu sản xuất nông nghiệp, việc xây dựng hồ Kim Sinh là hết sức cần thiết để phục vụ sản xuất cũng như sinh hoạt của nhân dân trong vùng

Vì vậy, việc đầu tư phát triển thủy lợi là một nhiệm vụ quan trọng hàng đầu của địa phương Công trình thủy lợi phải được xây dựng một cách kiên cố với quy

mô thích hợp, đảm bảo chủ động nước tưới cho toàn bộ diện tích kể cả vụ chiêm và

vụ mùa

Công tác nghiên cứu quy hoạch phát triển thủy lợi đã được thực hiện theo hướng trên Trong đó việc nghiên cứu xây dựng hồ chứa nước để phục vụ cho nông nghiệp là nhiệm vụ trọng tâm và rất cần thiết trong tình hình thực trạng hiện nay

II) LƯỢNG NƯỚC CẦN

Bảng 3.1: Bảng lượng nước cần

Wcần

− Cao trình khống chế đầu kênh tưới 15.2m

− Lưu lượng Qtk qua cống là 1.6( m3/s)

− Btràn= 25m

III) NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH

Hồ chứa nước Kim Sinh có nhiệm vụ là cung cấp nước tưới cho 1300 ha ruộng canh tác Ngoài ra công trình còn có nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân phía hạ lưu, kết hợp cả thả cá Công trình còn có khả năng điều tiết khí hậu

§3.2 GIẢI PHÁP THỦY LỢI

Trong khu vực đại bộ phận là đồi trọc, sông suối ở đây đều ngắn và ít nước Sông dài nhất là sông Quất Đông và chiều dài 6.13km với độ dốc trung bình 0.0072 Lưu vực này nằm trên vùng đá cổ và được phủ một lớp đất thịt lẫn cát sỏi hạt thô

Ta nhận thấy tổng lượng nước đến trong năm của sông Quất Đông lớn hơn tổng lượng nước dùng Nhưng đối với những tháng mùa kiệt thì yêu cầu nước lại dùng lớn hơn lượng nước đến nên nếu không có lượng nước dự trữ thì vào các tháng mùa kiệt sẽ không đảm bảo được yêu cầu dùng nước Vì vậy, giải pháp duy nhất là đắp đập ngăn sông tạo thành hồ chứa để điều tiết dòng chảy, trữ lại lượng nước thừa trong mùa lũ để đáp ứng yêu cầu dùng nước trong các tháng mùa kiệt.

PHẦN II: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC GIAO CHƯƠNG 4: QUY MÔ CỦA CÔNG TRÌNH

§4.1 CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

I CẤP CÔNG TRÌNH

Căn cứ vào quy phạm thiết kế các công trình thuỷ lợi QCVN 04-05:2012 cấp của công trình được xác định theo hai điều kiện:

- Theo nhiệm vụ công trình, vai trò của công trình trong hệ thống

- Theo điều kiện nền và chiều cao của công trình

1.Theo nhiệm vụ công trình, vai trò công trình trong hệ thống

Cấp nước tưới cho 1300ha đất canh tác, ta được công trình cấp IV

2.Theo điều kiện nền và chiều cao công trình

Dự kiến đập đất cao khoảng 25m Nền nhóm B, đập vật liệu địa phương Tra

bảng 1-QCVN04-05:2012 ta đuợc cấp thiết kế là cấp II

Vậy ta chọn cấp công trình là cấp II

II CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

Theo QCVN04-05:2012 các chỉ tiêu thiết kế được xác định như sau:

- Tần suất lũ thiết kế và kiểm tra: PTK = 1%; PKT = 0,2%.

- Hệ số tin cậy và hệ số điều kiện làm việc: Kn = 1,15; m = 1,0

- Tần suất gió lớn nhất và bình quân lớn nhất: Pmax = 4%; Pbq = 50%.

- Tuổi thọ công trình: T = 75 năm

-Mức đảm bảo cấp nước:P = 85%

-Hệ số lệch tải:

+Trọng lượng bản thân công trình: n =1.05

+Áp lực thẳng do trọng lượng đất gây ra: n =1.1

+Áp lực bên của đất: n= 1.2

+Áp lực bùn cát: n= 1.2

+Trọng lượng của toàn bộ lớp đất,đá trên đường hầm: n = 1.1

+Áp lực nước trực tiếp lên bề mặt công trình: n =1.0

+Tác động của động đất: n = 1.1

- Hệ số an toàn ổn định cho phép của đập đất(TCVN8216 :2009):

+ Tổ hợp tải trọng cơ bản: [ K] = 1,3

- Mức đảm bảo sóng khi xác định sóng leo: P = 1 %.

§4.2 LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG

Cụm công trình đầu mối Hồ chứa nước KIM SINH gồm các hạng mục công trình chính: Đập dâng nước bằng vật liệu địa phương, tràn xả lũ, cống ngầm lấy nước

I ĐẬP DÂNG NƯỚC:

1 Tuyến đập:

Tuyến đập được chọn thể hiện trên bình đồ

Vị trí xây dựng công trình tại xã Quất Đông huyện Móng Cái tỉnh Quảng Ninh

2 Hình thức đập:

- Tại khu vực xây dựng công trình qua khảo sát xác định được mỏ đất có trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo xây dựng đập nên chọn phương án đập vật liệu địa phương

Đập tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết

III CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC:

Hình thức cống: Cống hộp không áp, có cửa van điều tiết

Tuyến cống đặt bên bờ trái để nhằm phục vụ cho nhu cầu tưới ở bờ trái

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ

§5.1.TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC CHẾT VÀ DUNG TÍCH CHẾT

- Dung tích chết (Vc): là phần dung tích cuối cùng của kho nước, không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy mà chỉ dùng để chứa đựng bùn cát lắng đọng trong quá trình làm việc của hồ chứa Phần dung tích này tồn tại trong suốt thời gian làm việc của công trình

- Mực nước chết (MNC): là mực nước trong hồ chứa ứng với dung tích chết.Việc xác định MNC và dung tích chết cần đảm bảo hai nhiệm vụ chính là:

- Dung tích chết phải chứa hết phần bùn cát lắng đọng của hồ chứa trong thời gian làm việc của công trình

- MNC phải cao hơn cao trình mực nước khống chế đầu kênh trong mọi điều kiện để có thể đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy

I XÁC ĐỊNH MNC THEO ĐIỀU KIỆN TƯỚI TỰ CHẢY:

MNC được xác định theo công thức:

II XÁC ĐỊNH MNC THEO ĐIỀU KIỆN BỒI LẮNG BÙN CÁT:

- Lượng bùn cát lơ lửng Wll = 550 (T/năm)

- Bùn cát đáy bằng 20% bùn cát lơ lửng (k = 0.2)

- Tuổi thọ công trình T = 75năm

MNC xác định theo công thức:

MNC = Zbc + a + hTrong đó:

a: Chiều dày lớp nước đệm an toàn dưới ngưỡng cống, chọn a = 0.5m h: Chiều sâu nước trong cống, Chọn h= 1.5m;

Zbc: Cao trình bùn cát lắng đọng trong thời gian làm việc của công trình

Xác định lượng bùn cát lắng đọng trong thời gian làm việc của hồ (Vbc):

Vbc = Vll + Vdđ

Vll =

ll

ll T W

γ

Trong đó

Wdđ = 0.2Wll = 0.2x550=110(T/năm)

γll: trọng lượng riêng của bùn cát lơ lửng γll = 0.9(T/ m3)

γdđ: trọng lượng riêng của bùn cát đáy γdđ = 1.6(T/ m3)

T: Tuổi thọ công trình T = 75năm.

Thay số vào ta được:

Vbc =

9.0

75

+

6.1

75

= 50.989 x103(m3)Tra quan hệ đường đặc tính hồ có Zbc = 10.51m

⇒MNC = ZBC + a + h = 10.51+ 0.5 + 1.5 = 12.51(m)

Từ hai điều kiện trên xác định được MNC và dung tích chết của hồ chứa:

MNC = 15.7(m);

V c =0.597 x10 6 (m 3 )

§5.2.TÍNH TOÁN DUNG TÍCH HIỆU DỤNG VÀ MNDBT

- Dung tích hiệu dụng (Vhd): là phần dung tích nằm trên mực nước chết và nằm dưới MNDBT Dung tích này làm nhiệm vụ điều tiết cấp nước hoặc tào đầu nước cho nhà máy thuỷ điện Thành phần dung tích này tồn tại trong một thời gian dài

Vhd = VMNDBT - Vc

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT): là mực nước trong kho khống chế dung tích hiệu dụng và dung tích chết

Tài liệu tính toán

Lượng nước đến trong năm thiết kế:

70.16

I ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA:

Theo tài liệu thuỷ văn về phân phối dòng chảy năm và tài liệu dùng nước, ta được tổng lượng nước đến và dùng trong một năm

Vđến = 16.706x106m3 > Vdùng = 11.072x106m3

Vậy hồ chứa điều tiết năm

II PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG TÍNH TOÁN

1 Phương pháp tính:

Tiến hành tính toán điều tiết hồ theo phương pháp lập bảng

2 Nội dung tính:

a Tính toán điều tiết hồ khi chưa kể đến tổn thất :

- Côt (1): Thứ tự tháng trong năm (sắp xếp theo năm thuỷ văn)

- Cột (2): Lượng nước đến trong tháng

- Cột (3): Lượng nước dùng trong tháng

- Cột (4): Lượng nước thừa trong tháng (V+ = Wđến – Wdùng)

- Cột (5): Lượng nước thiếu trong tháng (V- = Wdùng - Wđến)

- Cột (6): Lượng nước trữ trong hồ

- Cột (7): Lượng nước xả từng tháng

Bảng 5.1: Tính điều tiết hồ khi chưa kể tổn thất

Dung tích chết của hồ chứa Vc = 0.597x106m3

- Cột (1): Tháng trong năm (Sắp xếp theo năm thuỷ văn)

- Cột (2): Dung tích hiệu dụng của hồ chứa cuối thời đoạn tính

- Cột (3): Dung tích trung bình hồ chứa Vtb =

2

1 +

+ i

i V V

- Cột (4): Diện tích trung bình mặt hồ từng thời đoạn (106m2)

c Tính toán điều tiết hồ khi kể đến tổn thất lần 1 :

- Cột (1): Tháng trong năm (Sắp xếp theo năm thuỷ văn)

- Côt (2): Lượng nước đến trong tháng (106m3)

- Cột (3): Lượng nước dùng trong tháng (106m3)

- Cột (4): Lượng nước dùng trong tháng khi kể đến tổn thất (106m3)

- Cột (5): Lượng nước thừa từng tháng (106m3)

- Cột (6): Lượng nước thiếu từng tháng (106m3)

- Cột (7): Lượng nước trữ trong hồ khi kể đến tổn thất (106m3)

- Cột (8): Lượng nước xả khi kể đến tổn thất (106m3)

Bảng 5.3: Tính điều tiết hồ khi kể đến tổn thất lần1

Tháng (103m3) (103m3) (103m3) (103m3) (103m3) (103m3) (103m3)

.5

263.6032

V V

Bảng 5.5: Tính điều tiết hồ khi kể đến tổn thất lần 2

Tháng Vđến Vyêu cầu Vyc+tt V+ V- Vhi Vxả

%100263

.6

376.6263

V V

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỀU LŨ

§6.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH

I TÀI LIỆU TÍNH TOÁN:

Hình thức tràn xả lũ: Đập tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết

+ Bt:Chiều rộng tràn Bt = 25m

+ ∇ngưỡng = MNDBT =22.47(m)

+ Quá trình lũ đến:

- Tần suất lũ thiết kế: P = 1%

- Tần suất lũ kiểm tra: P = 0,2%

Lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng lũ:

Tần suất P=0,2% P=1%

Lưu lượng Q (m³/s) 376.8 314.4

II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN:

Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp Pôtapốp

Vnt: Dung tích kho ứng với MNDBT.

Tính các trị số f1 và f2 ứng với các giá trị q rồi vẽ lên cùng một đồ thị

Ta có thể thành lập bảng tính như sau:

- Cột (1): Số thứ tự

- Cột (2): Mực nước thượng lưu (m)

- Cột (3): Mực nước trước tràn (m)

- Cột (4): Lưu lượng xả qua tràn ứng với các mực nước khác nhau (m3/s)

- Cột (5): Dung tích hồ chứa ứng với các mực nước thượng lưu Tra quan hệ (Z~V)

- Cột (6): Dung tích hồ chứa dùng để điều tiết lũ Vsc = Vhồ - Vngưỡng tràn

q(m3/s)

Vhồ(106m3)

Vsc(106m3) f1 f2

II TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ:

Đường quá trình lũ thiết kế dạng tam giác với:

Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế lớn nhất Qmax 1% = 314.4 (m3/s)

Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra lớn nhất Qmax 0.2% = 376.8 (m3/s)

Thời gian lũ T = 9 giờ

Thời gian lũ lên T = 3 giờ

Thời gian lũ xuống T = 6 giờ

Trình tự tính toán:

- Cột (1): Số thứ tự

- Cột (2): Thời gian lũ đến (h)

- Cột (3): Lưu lượng lũ đến trong thời gian lũ (m3/s)

- Cột (4): Lưu lượng lũ trung bình trong thời đoạn tính toán:

- Cột (6): Trị số f2 cuối thời đoạn tính f2 = f1 + Qtb (m3/s)

- Cột (7): Lưu lượng xả trong quá trình xả lũ tra từ quan hệ (q∼ f2)

- Cột(8): Cột nước trên tràn:Htr=(ε.m.B q. 2g)2/3

- Cột (9):Mực nước trong hồ:Z =H +Z

-Cột (10):Dung tích kho ứng với mực nước trong hồ tra quan hệ (Z∼V)

-Cột(11):Dung tích siêu cao:Vsc=Vhồ-Vnt

Ta có các bảng tính điều tiết lũ ứng BT =25m như sau:

Bảng 6.2: Tính toán điều tiết lũ thiết kế ứng với BT = 25m (P=1%)

f1(m3/s) f

2(m3/s) (mq3/s) H

tr(m) Z

hồ(m)

Vhồ(106m³)

Vsc(106m³)

f2(m3/s)

q(m3/s)

Htr(m)

Zhồ(m)

Vhồ(106m³)

Vsc(106m³)

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

§7.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN ĐẬP ĐẤT

I XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP:

1 Tài liệu tính toán:

Cấp của công trình đập đất được xác định từ cấp chung của hệ thống công trình Do đó đập đất thuộc cấp II

a Các mực nước và cột nước cơ bản:

Mực nước dâng bình thường MNDBT = 22.47m

Mực nước lũ ứng với BT = 25m :

MNLTK = 24.73m

MNLKT = 24.99m

b Tài liệu về gió:

- Hồ làm việc ở MNDBT: ứng với P = 4% ta được V = 22 m/s

- Hồ làm việc ở MNLTK: ứng với P = 50% ta được V’ = 15 m/s

- Chiều dài đà gió:

hđ = ∆h + hsl + a

Trong đó:

∆h: Chiều cao nước dềnh do gió;

hsl: chiều cao sóng leo lên mái;

a: độ vượt cao an toàn

Các giá trị này xác định theo từng trường hợp mực nước tính toán trước đỉnh đập

* Xác định chiều cao nước dềnh do gió ∆h, ∆h’:

Chiều cao nước dềnh do gió thông thường phải lấy theo số liệu qua trắc ngoài trời, khi không có số liệu này thì được phép xác định theo công thức:(QPTL C1-78)

α

cos10

2

2 6

gH

D V x

Trong đó:

V: vận tốc gió khi hồ làm việc ở MNDBT, V = 22m/s;

V’: vận tốc gió khi hồ làm việc ở MNLTK, V’ = 15m/s;

D: chiều dài đà gió khi hồ làm việc ở MNDBT, D = 1200m;

D’: chiều dài đà gió khi hồ làm việc ở MNLTK, D’ = 1430m;

H: chiều cao cột nước trước đập

H = MNDBT- Z đáyH’ = MNLTK - Z đáy

αs: góc hợp giữa hướng gió và pháp tuyến với trục đập Đối với sóng đến trực diện αs=0

* Xác định chiều cao sóng leo hsl, hsl’:

Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được xác định như sau:

kα :là hệ số phụ thuộc vào góc αs,tra bảng P2-6 QPTL C1-78

+ Xác định hsl1% theo QPTL C1-78

Giả thiết trường hợp tính toán là sóng nước sâu (H > 0,5λ)

- Tính các đại lượng không thứ nguyên:

So sánh chọn cặp giá trị nhỏ nhất ta tính được hs và τ

Trị số bước sóng trung bình được xác định theo công thức:

π

τλ

2

2

g

= (m)Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu theo công thức: H > 0,5.λ

* Xác định ∆h: theo công thức: s

H g

D V

D = 1200 m

g : Gia tốc trọng trường : g = 9,81 m/s2

H : chiều sâu cột nước trước đập với MNDBT

H = ∇ MNDBT - ∇đáy = 22.47– 4= 18.47m Thay các giá trị vào (7-5) ta có:

47.1881.9

120022

10.2

- Theo đường cong bao phía trên ở đồ thị hình P2-1 QPTL C1-78 ta xác định được

các đại lượng không thứ nguyên gh2s

gt V

gD V

=9,3Vg

08,0V

hg2 s

Vậy thỏa mãn theo điều kiện sóng nước sâu đúng với giả thiết ban đầu :

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

s

h

Tra được K1 = 0.9 , K2 = 0.80

-Hệ số K3 tra ở bảng P2-4,QPTL C1-78 , phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái đập

m

Sơ bộ chọn m = 3 ; V=22m/s > 20m/s → Tra được K3 = 1,5

-Hệ số K4 ở đồ thị hình P2-3 QPTL C1-78 , phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

1%

h

λ

Với : λ = = ≈

1%

8.78.5968 8.61.012

Xác định cao trình đỉnh đập kết quả tính toán thể hiện ở bảng 7.1 sau:

- Cấu tạo đỉnh: Trên đỉnh đập gia cố một lớp cuội sỏi dày 20cm, phía dưới là tầng đệm dày 10cm bằng cát vàng để nối tiếp lớp gia cố với nền đường, đồng thời làm nhiệm vụ thoát nước cho nền đường Đỉnh đập làm dốc về 2 phía với độ dốc i = 2% để thoát nước mưa.

Hình 7.1: Gia cố đỉnh đập

2 Hệ số mái :

Mái đập phải đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn quy định trong mọi điều kiện làm việc của đập Độ dốc mái được xác định căn cứ vào: loại hình đập, chiều cao đập, tính chất vật liệu của thân và nền đập, các lực tác dụng lên mái (như trọng ngoài trên đỉnh đập và trên mái đập), điều kiện thi công và khai thác công trình

Sơ bộ chọn hệ số mái của đập thông qua công thức kinh nghiệm:

- Mái thượng lưu: mTL = 0.05.H+2

- Mái hạ lưu: mHL = 0.05.H+1.5

Trong đó: H là chiều cao của đập( H=22.2m)

Vậy ta chọn: mTL = 3.75 ; mHL1 = 3.25 ;mHL2 = 3.5

3 Cơ đập:

- Mái thượng lưu ta không bố trí cơ

-Mái hạ lưu ta bố trí một cơ tại cao trình +16.0m rộng 3m nhằm tăng sự ổn định cho toàn đập, mặt khác còn đáp ứng yêu cầu về thi công và kiểm tra sửa chữa trong quá trình khai thác sử dụng

hệ số mái đập sẽ thay đổi tại vị trí cơ: mHL1 = 3.25

mHL2 = 3.5

4 Thiết bị chống thấm

4.1.Thiết bị chống thấm cho nền đập:

Sau khi bóc bỏ lớp phong hóa có chiều dày 1m đập được đặt trên nền đá phong hóa nứt nẻ.Vậy nên ta làm chống thấm cho nền đập bằng phụt vữa chống thấm

4.2.Thiết bị chống thấm cho thân đập:

Theo tài liệu về địa chất vùng đập chính và vật liệu xây dựng ta thấy hệ số thấm khá lớn,đất đắp đập hệ số thấm K=10-6(m/s) Do vậy ta làm thiết bị chống thấm cho thân đập là tường nghiêng Đất làm tường nghiêng có hệ số thấm K=3×10− 8

18

H = = Chọn δ2=3.8(m)

Chiều dày tường nghiêng còn phải thỏa mãn điều kiện độ bền chống thấm theo

biểu thưc sau : [ ]J cp

Z

=δ

δ :là chiều dày trung bình của tường nghiêng(m)

2.4( )

2

8.312

=

δ ⇒thỏa mãn điều kiện độ bền chống thấm. -Cao trình đỉnh tường nghiêng lấy bằng cao trình đỉnh đập :26.2(m)

5 Thiết bị thoát nước

a Thoát nước cho thân đập:

- Đoạn lòng sông: Trường hợp lòng sông có nước ở hạ lưu nên em chọn hình thức thoát nước kiểu lăng trụ Loại này có cấu tạo đơn giản, thoát nước cho cả thân

và nền đập, hạ thấp đường bão hoà có tác dụng chống đỡ thân đập, hơn nữa tại nơi xây dựng có đủ lượng đá yêu cầu Lăng trụ có cấu tạo như sau:

+ Khối lăng trụ có mặt cắt hình thang được xếp bằng đá, phần tiếp xúc với mái đập được bố trí tầng lọc ngược.

+ Cao trình đỉnh lăng trụ:

Zlt = Zhlmax + a

Trong đó:

Zhlmax:Mực nước lớn nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập Zhlmax =+6.28 m

a: Độ cao an toàn, theo TCVN 8216-2009 lấy a = 2m

Zlt = 6.28 + 2=8.28m Chọn Zlt =8.3(m) + Chiều rộng đỉnh lăng trụ (Blt) xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý (quan trắc và kiểm ra), chọn Blt = 3m

+ Hệ số mái trong và ngoài của lăng trụ: m1 = 1.5 và m2 = 2

Hình 7.2: Thoát nước kiểu lăng trụ

- Đoạn sườn đồi:

+ Do ở hạ lưu không có nước, không có yêu cầu hạ thấp đường bão hòa nên

em chọn thoát nước kiểu áp mái Cấu tạo của vật thoát nước này được bố trí theo nguyên tắc tầng lọc ngược, lớp ngoài là lớp đá hộc, phía trong là đá dăm và cát lọc Loại này cấu tạo đơn giản, tốn ít vật liệu, dễ kiểm tra và sửa chữa

+Cao trình đỉnh của thiết bị áp mái: cao hơn điểm ra của đường bão hòa là 0.5m

Hình 7.3: Thoát nước kiểu áp mái

b Thoát nước mái hạ lưu:

Trong thời gian mưa, một phần nước thấm vào trong đập và một phần nước chảy trên mái đập có thể bào mòn và xói đất, hiện tượng này không được khống chế

có thể làm giảm mặt cắt đập gây biến dạng đập Để thoát nước mưa, phòng xói cho mái hạ lưu ta dùng hình thức trồng cỏ Trên mái hạ lưu đào những rãnh nhỏ nghiêng với trục đập một góc 450 tại thành những ô nhỏ, mỗi ô có kích thước 5x5m, trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa, các rãnh rộng 20cm Làm các mương dọc theo mép trong của cơ hạ lưu và chân đập để hứng nước mưa từ các rãnh nghiêng chảy xuống Từ các mương dọc này cứ 80m làm một mương ngang để dẫn nước xuống chân mái dưới

Dùng đá xây làm các mương dọc và ngang Kích thước mặt cắt ngang mương dựa vào cường độ mưa, diện tích hứng nước và độ dốc đáy mương Ta có thể chọn mặt cắt ngang mương là hình chữ nhật kích thước 30x30cm

hs: chiều cao sóng trung bình, hs= 0.484m;

K1%: phụ thuộc vào mức độ đảm bảo p = 1% và thông số

t=1.7× s

n d

m m

m

×+

1

γγγ

Trong đó :γd là dung trọng của hòn đá(γd=2.5T/m3) ;γn dung trọng nước(γn=1.0T/m3);

m là mái thượng lưu(m=3.75);hs là chiều cao sóng(hs=1.012m);

) 2 75 3 ( 75 3 ) 1 5

,

2

(

75 3 1

× +

+ Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu:

Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết 2.5m tức là tới cao trình +13.2m

Để tăng ổn định cho lớp gia cố, đề phòng hiện tượng trượt dọc theo mái dốc, mép dưới của phần gia cố xây dựng những gối tựa bằng đá

Hình 7.4: Gối tựa bằng đá

b Bảo vệ mái hạ lưu:

Bảo vệ mái hạ lưu bằng trồng cỏ Trước khi trồng cỏ phủ một lớp đất màu dày 10cm

Hình 7.5: Chi tiết ô cỏ bảo vệ mái hạ lưu

§7.2 TÍNH TOÁN THẤM QUA THÂN ĐẬP VÀ NỀN

I NHIỆM VỤ VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN:

1 Nhiệm vụ tính toán:

- Xác định lưu lượng thấm qua thân đập, từ đó tìm được lưu lượng tổn thất của hồ do thấm gây ra và tìm ra biện pháp phòng chống thấm thích hợp cho đập và nền

- Xác định vị trí đường bão hoà thấm trong thân đập để từ đó bố trí vật liệu xây dựng đập, xác định áp lực thấm dùng trong tính toán ổn định mái đập và lựa chọn hình thức thoát nước thích hợp

- Xác định Građien thấm hoặc lưu tốc thấm của dòng chảy trong thân đập (nhất là nơi dòng thấm thoát ra ở hạ lưu) để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy đất

từ đó xác định được kích thước hợp lý của thân đập, các kết cấu chống thấm cho thân đập, thoát nước và thành phần của tầng lọc ngược

2 Trường hợp tính toán:

Do thời gian làm đồ án có hạn và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn, trong phạm vi đồ án này em chỉ tính thấm cho trường hợp:

- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước

- Để phục vụ cho tính ổn định, đối với mặt cắt lòng sông em tính thêm trường hợp: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu mực nước max tương ứng

3 Các mặt cắt tính toán: Tính toán cho các mặt cắt đại biểu:

- Mặt cắt lòng sông nơi có chiều cao đập lớn nhất:mặt cắt 5-5

- Mặt cắt sườn đồi : mặt cắt 1-1,2-2,3-3,4-4,6-6,7-7,8-8,9-9

Hình 7.6: Sơ đồ tính lưu lượng thấm cho đập

II TÍNH THẤM CHO TRƯỜNG HỢP: THƯỢNG LƯU MNDBT, HẠ LƯU KHÔNG CÓ NƯỚC:

1 Tính toán cho mặt cắt lòng sông : (mặt cắt 5-5)

a) Sơ đồ tính: Đây là sơ đồ tính thấm qua đập có tường nghiêng trên nền không

thấm Vì hệ số thấm của tường nghiêng hơn rất nhiều hệ số thấm của thân đập nên

có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlôpxki: Bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng

MNDBT 22.47

16.0 26.2

8.3 4.0

2 2 3

2 1

q = Kđ

)(

2 0

2 3

h m L

a h

.1810

3

2 2

3

2 8

2 3 6

75.39.1452

10

h

a h

y= 2×1.414×x

d) Kiểm tra độ bền thấm:

Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngấm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập