ĐỒ án môn học đập hồ CHỨA số đề III 60

Bình đồ khu đầu mối công trình, tỷ lệ 1/2000: Tuyến đã được xác định và sơ bộ bố trí các hạng mục công trình đầu mối như sau: − Đập bê tông trọng lực dâng nước ,có đoạn tràn nước; − Nhà

1.1.1 Nhiệm vụ công trình.

− Nhiệm vụ chính là phát điện.Trạm thuỷ điện có công suất N = 120.000 (kW)

− Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hưởng mà công trình có thể phát huy là250.000 (ha)

− Tăng mực nước và lưu lượng sông trong mùa kiệt để tưới cho 150.000 ha ruộng đất

và phục phụ giao thông thuỷ, tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho 1.000.000 người

1.1.2 Địa hình, địa chất ,thuỷ văn.

a Bình đồ khu đầu mối công trình, tỷ lệ 1/2000: Tuyến đã được xác định và sơ bộ bố trí các hạng mục công trình đầu mối như sau:

− Đập bê tông trọng lực dâng nước ,có đoạn tràn nước;

− Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lưu đập về phía bờ trái, nước qua Turbin sẽ được trả lạisông để cấp nước cho hạ du Có 4 đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện

− Công trình nâng tàu (âu tàu) bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thuỷ điện

b Địa chất khu vực công trình

− Nền tuyến đập: nền sa thạch phân lớp ,trên mặt có phủ một lớp đất thịt dày từ 3 đến5m đá gốc có độ phong hoá, nứt trung bình

− Tài liệu ép nước thí nghiệm tại tuyến đập:

d Tài liệu thuỷ văn

− Cao trình bùn cát lắng đọng (sau thời gian phục phụ của công trình): 138 (m)

− Chỉ tiêu cơ lý của bùn cát: n = 0.45; γ = 1,15T/m3; ϕbh = 110

− Lưu lượng tháo lũ (Qtháo) và mực nước lũ thiết kế trên mực nước dâng bình thường(Ht)

e Tài liệu về thuỷ năng

− Trạm thuỷ điện có 4 tổ máy

− Mực nước dâng bình thường (MNDBT), mực nước chết (MNC), lưu lượng qua 1

tổ máy (QTM) cho trong bảng:

V(m/s) 36 34 30 22 20 18

− Chiều dài truyền sóng: D = 6km (ứng với MNDBT)

D’ = 6,5km (ứng với MNLTK)

− Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 8

− Đỉnh đập không có giao thông chính đi qua

1.2 YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ

1.2.1 Yêu cầu.

− Hiểu được cách bố trí đầu mối thuỷ lợi và lý do chọn phương án đập bê tông:

− Nắm được các bước thiết kế đập bê tông trọng lưc tràn nước và không tràn nước(trong giai đoạn thiết kế sơ bộ)

− Kiểm tra ổn định mặt cắt đập không tràn;

− Phân tich ứng suất mặt cắt đập không tràn:

− Chọn cấu tạo các bộ phận : Thoát nước ở thân đập, chống thấm ở nền, xử lý nền,

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG THIẾT KẾ 1.3 Mở đầu

− Phòng lũ cho hạ du S = 250000 (ha)

− Tăng lưu lượng nước trong mùa kiệt để tưới cho 150.000 (ha), cấp nước sinh hoạtcho 1.000.000 người

− Giao thông thuỷ

1.3.2 Chọn tuyến đập và bố trí công trình đầu mối

c Bố trí tổng thể công trình đầu mối.

− Đập tràn: Để tiện cho việc dẫn dòng và tránh sói lở ở hai bên bờ sông → Chọn đậptràn ở giữa lòng sông

− Nhà máy phát điện: ở phía hạ lưu bờ trái của công trình, nước qua turbin sẽ đượctrả lại sông để tưới cho đồng ruộng phía hạ du

− Âu tàu: bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thủy điện

1.3.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.

a Cấp công trình: xác định theo hai điều kiện:

− Theo chiều cao đập, hình thức đập và loại nền (Đây là đập bê tông trên nền đá)Xác định cao trình đỉnh đập:

MNDBT = 290,2 (m)

MNDGC = MNDBT + Ht = 290,2 + 5,1 = 295,3 (m)

→ Độ cao của đập là: H = MNDGC – Zđáy = 295,3 – 233 = 62,3 (m)

Với Zđáy dựa trên mặt cắt tuyến đã cho

Tra theo QCVN 04 – 05 / 2012 (Bảng 1) với công trình đập bê tông trọng lựctrên nền đá (loại A) chiều cao đập 60 (m) < 62,3 (m) < 100 (m)

Nên công trình đã cho thuộc cấp III

− Theo nhiệm vụ: theo nhiệm vụ phát điện là chủ yếu, với công suất phát điện là120.000 (kW) ta có công trình thuộc cấp III

Vậy kết hợp hai điều kiện trên ta thấy công trình thuộc cấp III

b Các chỉ tiêu thiết kế :

Từ cấp công trình và loại đập ta xác định được:

− Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất thiết kế: P (%) = 0,5 %

− Tần suấ kiểm tra công trình: P (%) = 0,1 %

− Tần suất gió lớn nhất và bình quân lớn nhất tính toán tra theo TCVN 8216 - 2009+ Tần suất gió lớn nhất ứng với trường hợp MNDBT: P (%) = 2 %

+ Tần suất gió bình quân lớn nhất ứng với trường hợp MNLTK: P (%) = 25 %

− Các hệ số vượt tải, hệ số điều kiện làm việc, hệ số tin cậy (QCVN 04 – 05 / 2012)+ Hệ số vượt tải: n = 1,05

+ Hệ số điều kiện làm việc: m = 0,95

Ht: Cột nước siêu cao lấy theo tài liệu đã cho ứng với tần suất lũ thiết kế là

n = 0 Trị số của B xác định theo các điều kiện ổn định và ứng suất

Hình 1.1 Mặt cắt tính toán của đập bê tông trọng lực

b Xác định chiều rộng đáy đập:

− Theo điều kiện ổn định:

B = Kc

1 1

1 n

H

f.γ + −αn ÷γ

- f: hệ số ma sát, f = 0,65.

- γ1: dung trọng của đập, γ1 = 2,4 (T/m3)

- γn: dung trọng của nước, γn = 1 (T/m3)

- α1: hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm Vì đập cao, công trình quantrọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màng chốngthấm Sơ bộ chọn α1 = 0,5

- Kc: hệ số an toàn ổn định cho phép Theo quan điểm tính toán ổn định trong các quy phạm mới, ổn định của công trình được đảm bảo khi:

nc.Ntt≤

n

m.R

n KR

1 n

H.(1 n) n.(2 n)

62,3

2, 40,5

1 − = 45,20 (m)

− Chọn trị số bề rộng đáy đập (B)

Để thoả mãn đồng thời cả 2 điều kiện ổn định và ứng suất, chọn B = 63,7 (m)

- ∆h: độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất

- ηs: độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất

Hình 1.1 Tính toán cao trình đỉnh đập theo MNDBT

- αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, αs = 00.

* Tính ηs:

ηs = kη s.hs1%

Trong đó:

- kη s: tra đồ thị hình P2-4a

- hs1%: chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng

Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: H >

- ∆h': độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất.

- ηs’: độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất

Hình 1.2 Tính toán cao trình đỉnh đập theo MNDGC

- αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, αs = 00.

* Tính η's:

ηs’ = kη s’.hs1%’Trong đó:

- kηs’: tra đồ thị hình P2-4a

- hs1%’: chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng

Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: H >

chọn theo điều kiện chống thấm: l1 = H

J Với H là cột nước tính đến đáy hành lang J làgradien thấm cho phép của bê tông J = 20 Khi sử dụng phụ gia chống thấm có thể lấy

Các cột nước (tính từ MNDGC):

H1 = 295,3 – 233 = 62,3 (m)

H2 = 295,3 – 253 = 42,3 (m)

H3 = 295,3 – 273 = 22,3 (m)

Cách xây dựng mặt cắt đập như sau:

− Chọn cao trình ngưỡng tràn ngang với MNDBT = 290,2 (m )(tràn tự động)

− Chọn hệ trục xOy có trục Ox ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu; trục

oy hướng xuống dưới gốc O ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng tràn

− Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn với: Cột nước trênđỉnh tràn: Ht = 5,1 (m)

MNLTK

233

253

273

Tra phụ lục 14-2 (bảng tra thuỷ lực) ta có bảng toạ độ đường cong mặt đập nhưbảng sau (x = xk.Ht, y = yk.Ht):

B B'

Y

XO

− Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc vớibiên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D.

− Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R

R = (0,2 ÷ 0,5).(P + Ht) = 0,5.(57,2 + 5,1) = 31,15 (m)Trong đó

- P: chiều cao đập = 290,2 - 233 = 57,2 (m)

- Ht: cột nước trên đỉnh tràn

Mặt tràn cuối cùng sẽ là mặt A’’A’B’C’D’’E trong đó:

- A’’A’: phần kéo dài của đường cong Ôphixêrốp

- A’B’: là đoạn đi lên của đường cong Ôphixêrốp

- B’C’: là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp

- C’D’’: là một đoạn của mái hạ lưu mặt cắt cơ bản

- D’’E: là cung nối tiếp với sân sau

b Trụ pin và cầu giao thông:

Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua, nhưng để đi lại kiểm tra vàkhai thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông qua đập tràn, bề rộng tràn lớn nêncần làm các trụ pin để đỡ cầu Mặt trụ thượng lưu chọn là mặt tròn có R = 0,5m, dày1m để đảm bảo điều kiện để chảy bao hợp lý Cao trình đỉnh cầu giao thông chọnngang đỉnh đập, bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt đập, b = 10 (m)

a Chiều sâu phụt vữa:

S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập

Lưu lượng tháo qua nhà máy thuỷ điện là:

QTĐ = 4.120 = 480 (m3/s)Lưu lượng qua tràn là:

Qtràn = Qtháo - QTĐ = 1230 - 480 = 750 (m3/s)Tra quan hệ (Q ~ ZHL) với Qtràn = 750 (m3/s) ta có ZHL = 235,35 (m)

Cột nước thấm lớn nhất của đập:

H = MNDGC - ZHL= 295,3 – 235,35 = 59,95 (m)Theo quy phạm Liên Xô CH 123-60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định nhưsau: 25 (m ) ≤ H ≤ 75 (m) tương ứng đến 0,03 (l/ph)

Từ tài liệu ép nước thí nghiệm đã cho, ta xác định được chiều sâu màn chốngthấm là S1 = 15 (m)

− α.H là cột nước tổn thất qua màn, α = 1 - α1 = 1 - 0,5 = 0,5

− [J] là gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn chống thấm (theo quy phạm CH

123 – 60 ứng với lượng mất nước khống chế là 0,03 (l/ph)) ta có [J] = 15

H

J = 62,3

20 = 3,12 (m)Trong đó:

− H1 là cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang

H1 = MNDGC – Zđhl = 295,3 – 233 = 62,3 (m)

− Jb là gradien thấm cho phép của bê tông, Jb = 20

Chọn l1 = 3,12 (m) → l2 = B - l1 - δ = 63,7 – 3,12 – 2 = 58,58 (m)

1.5.3 Kiểm tra trị số của α1 :

Trong thiết kế sơ bộ, có thể áp dụng phương pháp của Pavơlốpxki, theo đó:

α1 =

1

2

p p

Sử dụng công thức chung của đập tràn:

Qt = ε.σn.m.∑b 2g H30/2Trong đó:

- Q là lưu lượng tháo lũ lớn nhất, Q = 1230 (m3/s)

- Q0 là khả năng tháo lớn nhất của nhà máy thuỷ điện, lấy trong trường hợp cả 4

mb 1 0

.2,0

, (V0: Lưu tốc tới gần, ta coi V0 ≈ 0) nên ta có: H0 = Ht = 5,1 m

c Xác đinh khẩu diện tràn:

Từ công thức

Qt = ε σ .m b 2.g.Hn ∑ 03

Ta có

Qtb

32.m 2.g.H

Ta có ε tính toán khác ε giả thiết

Nên ta giả thiết lại ε = 0,93

846b

1.6.2 Tính toán tiêu năng:

a Chọn hình thức và biện pháp tiêu năng:

− Hình thức:

Có thể là tiêu năng đáy hoặc tiêu năng phóng xa Hình thức tiêu năng mặtkhông thích hợp bởi vì theo tài liệu đã cho thì mực nước hạ lưu thay đổi nhiều trongnăm

− Biện pháp:

- Tiêu năng đáy: có thể đào bể hoặc làm tường hoặc bể tường kết hợp Trườnghợp nền đá thì đào bể quá sâu không có lợi, xây tường quá cao cũng không kinh tế vìphải xử lí nước nhảy sau tường Hợp lí nhất là bể tường kết hợp

- Tiêu năng phóng xa: làm mũi phun ở cuối đập tràn Cao trình mũi phun chọncao hơn mực nước hạ lưu max

Ta chọn hình thức tiêu năng đáy, biện pháp bể tường kết hợp

b Tính toán cho hình thức tiêu năng đáy:

− Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng:

=τ

ϕ (ϕ = 0,95 - chảy qua đập tràn có chiều dài mặt tràn trung

Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ Q tt và h’’ c - h h

− Tính toán kích thước bể và tường tiêu năng tiêu năng kết hợp:

+ c là chiều cao tường

+ d là chiều sâu đào bể

+ σ hệ số an toàn ngập, ta chọn σ = 1,1

+ hc’’độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp hc tính với cao trình sân bể, với cột nướcthượng lưu Eo’ = Eo + d

Hình 1.2 Tính toán kích thước bể và tường tiêu năng

Ta cần xác định chiều cao tường lớn nhất có thể được sao cho dòng chảy quatường là dòng chảy không ngập còn nước nhảy sau tường là nước nhảy ngập, còn thìđào sâu sân công trình để đảm bảo trong bể có nước nhảy ngập

Muốn vậy ta xét trường hợp phân giới là trường hợp tường có nước nhảy tạichỗ (hình trên) Chiều cao tương ứng với trường hợp đó là c0

Hình 1.3 Tính toán bể và tiêu năng trường hợp phân giới

+ Xác định C0

Ta có: C0 = E10 – H10

Khi có nước nhảy tại chỗ sau tường thì độ sâu co hẹp ở sau tường hc1’’ chính là

độ sâu liên hiệp với dòng chảy bình thường ở hạ lưu

0 h

m ': Hệ số lưu lượng của tường tiêu năng (m '= 0,42)

Thay vào công thức tính C0

C0 = 8,06 – 4,94 = 3,12 (m)+ Xác định d0

Ta xác đinh theo phương pháp thử dần

Với điều kiện nước nhảy tại chỗ trong bể ta có: d0 + C0 + H1 = σ(hc”)0

20, 450,95.68,39 = 0,0381  τc” = 0,171  (hc”)1 = τc” E01 =68,39.0,171 = 11,7 (m)

.E

20, 450,95.68,57 = 0,0379  τc” = 0,170  (hc”)2 = τc”.E02 = 0,170 68,57 = 11,7 (m)

20, 45 1 20, 45

2.9,81 (1,1.11,54)1.0, 42 2.9,81

− Tính toán chiều dài bể tiêu năng:

Kiểm tra ổn định trượt, lật cho các mặt cắt đập không tràn và đập tràn

Trong phạm vi đồ án này, ta tính ổn định trượt cho phần đập không tràn (kiểmtra cho mặt cắt có chiều cao lớn nhất của phần này)

1.7.2 Các trường hợp tính toán

− Trường hợp 1: Tính toán với MNDBT và mực nước hạ lưu tương ứng với trườnghợp có động đất (tổ hợp tải trọng đặc biệt)

− Trượng hợp 2: Tính toán với MNLTK và mực nước hạ lưu tương ứng

1.7.3 Kiểm tra ổn định trượt cho các trường hợp

a Trường hợp tính toán 1

Cao trình đáy: Zđáy = 131 (m), MNDBT = 189,5 (m)

Độ cao mực nước thượng lưu: Htl = MNDBT - Zđáy = 189,5 – 131 = 58,5 (m).Mực nước hạ lưu tra theo lưu lượng của nhà máy thủy điện:

Ta có Qtđ = αt.Q0 = 0,8.480 = 384 (m) (với αt là hệ số lợi dụng thời gian lấy bằng0,8)

Tra quan hệ Q ~ Zhl ta có với Qtđ = 384 (m) thì mực nước hạ lưu Zhl = 133,8 (m)Nên độ cao mực nước hạ lưu là: Hhl = Zhl – Zđáy = 133,8 – 131 = 2,8 (m)

Bề rộng đáy đập: B = 66,8 (m)

n = 0

Các lực tác dụng lên đập:

− Áp lực thuỷ tĩnh: Tác dụng ở mặt thượng lưu đập, bao gồm các thành phần thẳngđứng và nằm ngang

kη : xác định theo đồ thị hình 3.7c (giáo trình thủy công)

h: chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo tương ứng i = 1%, h = 3,45 m

tl tl max m n

h.H Hh

* Lực thấm đẩy ngược: Biểu đồ phân bố áp lực thấm coi gần đúng là hình tamgiác, có cường độ lớn nhất tại vị trí sau màn chống thấm

Pmax = γ αn .H1 tlTrong đó:

- α1: hệ số cột nước thấm còn lại sau màng chống thấm, α1 = 0,55

- Htl: cột nước thấm, Htl = 58,5 (m)

→ Pmax = 1.0,55.58,5 = 32,175 (T)Tổng áp lực thấm đẩy ngược sẽ là:

.66,8.32,175 = 1074,65 (T)

Điểm đặt cách chân đập ở hạ lưu là: 2.B

3 = 2.66,8

3 = 44,53 (m)

* Lực thủy tĩnh đẩy ngược:

W4 = γ.B.Hhl = 1.66,8.2,8 = 187,04 (m)Điểm đặt cách chân hạ lưu là: B/2 = 33,4 (m)

− Áp lực bùn cát: Do khối bùn cát lắng đọng trước đập gây ra Do mái đập thượnglưu thẳng đứng nên ta chỉ có áp lực theo phương ngang

* Thành phần nằm ngang:

W5 = 2

bc bc a

1.h K

2γ

Trong đó:

- ϕ: góc ma sát trong của bùn cát bão hòa nước ϕ = 110

- γbc: dung trọng đẩy nổi của bùn cát

− Trọng lượng của thân đập:

Để dễ dàng tính toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó Mặt cắtđập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật Trọng lượng của phần đập cómặt cắt Ωi sẽ là Gi = γ Ωb i Trọng lượng của toàn đập G = ∑Gi điểm đặt của hợp lựcxác định theo quy tắc hợp lực song song

- G1 = 2,4.10.(198 – 131) = 1608 (T)

- G2 = 2,4

21

.(66,8 - 10).(63,6 – 9,52) = 3686,1 (T)

+ K = 0,05: hệ số động đất, (tra bảng 3.7 giáo trình thủy công)tương ứng vớiđộng đất cấp 8.

+ α : hệ số đặc trưng động lực, đối với công trình đập bê tông cao trên 10 (m)

Ta có α = 1 + 0,5 1

0

hh

Với h1: khoảng cách từ điểm tính toán tới mặt nền

h0: khoảng cách từ trọng tâm công trình tới mặt nền

* Áp lực bùn cát tăng thêm khi động đất:

Theo chiều bất lợi đã chọn, động đất làm tăng áp lực chủ động của bùn cátthượng lưu Trị số áp lực tăng thêm là:

W6 = 2.K tgϕ.W5 = 2.0,05.tg11 0.10 = 0,194 (T)Điểm đặt lực cách đáy là hbc 7

Mô men(T.m)

Cao trình đáy: Zđáy = 131 (m), MNLTK = 194,6 (m)

Độ cao mực nước thượng lưu: Htl = MNLTK - Zđáy = 194,6 – 131 = 63,6 (m)

Mực nước hạ lưu tra theo lưu lượng tổng của nhà máy thủy điện và xả qua tràn:

Ta có Q = 1230 (m3/s) Tra quan hệ Q ~ Zhl ta có cao trình mực nước hạ lưutương ứng Zhl = 136,7 (m)

Nên độ cao mực nước hạ lưu là: Hhl = Zhl – Zđáy = 136,7 – 131 = 5,7 (m)

Bề rộng đáy đập: B = 66,8 (m)

n = 0

Các lực tác dụng lên đập:

− Áp lực thuỷ tĩnh: Tác dụng ở mặt thượng lưu đập, bao gồm các thành phần thẳngđứng và nằm ngang

kη : xác định theo đồ thị hình 3.7c (giáo trình thủy công)

h: chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo tương ứng i = 1%, h = 1,97 (m)

tl tl max m n

h.H Hh

* Lực thấm đẩy ngược: Biểu đồ phân bố áp lực thấm coi gần đúng là hình tamgiác, có cường độ lớn nhất tại vị trí sau màn chống thấm

Pmax = γ αn .H1 tlTrong đó:

- α1: hệ số cột nước thấm còn lại sau màng chống thấm, α1 = 0,55

- Htl: cột nước thấm, Htl = 63,6 (m)

→ Pmax = 1.0,55.63,6 = 34,98 (T)Tổng áp lực thấm đẩy ngược sẽ là:

.66,8.34,98 = 1168,33 (T)