Thiết kế công trình hồ chứa tân phú

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC CHẾT CỦA HỒDo hồ có nhiệm vụ tưới nên MNC trong hồ được xác định theo hai điều kiện: Điều kiện thứ nhất: đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy.. Như vậy tính toán tr

ra các hồ chứa nước nhằm khống chế sự thay đổi tự nhiên của dòng chảy sông ngòi

Hố chứa nước là biện pháp quan trọng nhất trong hệ thống công trình điều tiết, nó

có khả năng làm thay đổi sâu sắc về nguồn nước theo thời gian và không gian Và

hồ chứa nước Tân Phú ra đời cũng nhằm mục đích đáp ứng được yêu cầu dùng nước trong khu vực: Hồ đảm bảo tưới cho 3000 ha, cấp nước sinh hoạt và kết hợp với nuôi trồng thuỷ sản khoảng 150 ha

Với những kiến thức đã học và sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn em thiết kế phần thủy công công trình hồ chứa Tân Phú Nội dung đồ án gồm 4 phần sau:

+ Phần I : Tài liệu cơ bản

+ Phần II : Tính toán cơ sở

+ Phần III : Thiết kế kĩ thuật

+ Phần IV : Chuyên đề kĩ thuật

CHƯƠNG I : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA KHU VỰC

1.1 Vị trí địa lý:

Hồ chứa nước Tân Phú nằm trên sông B Tuyến đập thuộc xã B, huyện T, tỉnh B.Đ Công trình cách trung tâm huyện khoảng 25 km, hiện có đường khai thác vận chuyển lâm nghiệp tới công trình

1.2 Địa hình đ

1.2.1 Đặc điểm địa hình:

Tuyến đập nằm ở phía thượng nguồn sông B, chiều dài tới tuyến công trình là 16,5 km

Bụng hồ là một thung lũng khá rộng Vùng bờ sông và dọc hai bờ sông núi có

độ dốc cao 84m đến 50m, thấp dần về phía hạ lưu

Chiều rộng lưu vực 4 đến 4,5 km, độ dốc lưu vực khoảng 15% Tại tuyến công trình địa hình co hẹp và có eo yên ngựa rất phù hợp cho việc bố trí công trình Phía

hạ lưu địa hình mở rộng và hạ thấp dần tạo thành vùng đồng bằng khá rộng lớn ở phía hữu ngạn sông B, gồm 8 xã thuộc huyện T của khu hưởng lợi vùng dự án

1.2.2 Tình hình khảo sát địa hình:

Bình đồ khu đầu mối: 1/1000

Bình đồ, cắt dọc, ngang đập chính, tràn cống lấy nước cho vùng tuyến tùy thuộc loại địa hình với các tỉ lệ 1/1000

1.3 Khí tượng thủy văn:

Tài liệu thống kê nhiều năm của trạm M:

- Nhiệt độ trung bình nhiều năm: 28,60C

- Nhiệt độ lớn nhất: 400C

- Nhiệt độ nhỏ nhất: 150C

1.3.3.2 Độ ẩm:

- Độ ẩm trung bình năm là: 79%

- Lượng mưa trung bình năm: X = 1900 mm.

- Lượng mưa năm thiết kế: 1760 mm

Hình 1-2: Hình vẽ biểu diễn đường quá trình lũ P = 0,2%

- Lưu lượng mùa kiệt P = 10% ( bảng 1-7)

F(105 m2) 14 18 23 29 36 44

Hình 1-4: Hình vẽ biểu diễn quan hệ F~Z

Hình 1-5: Hình vẽ biểu diễn quan hệ W~Z

1.4 Địa chất công trình:

1.4.1 Địa chất vùng lòng hồ:

Lớp 1: Dọc theo dòng sông, bãi thềm sông là cát cuội sỏi màu trắng đục, bão hòa nước, nguồn gốc aQ, dày 0,5 đến 6m

Lớp 2: Thềm sông và sườn dốc gồm lớp phủ thực vật dày 0,5m, tiếp đến là lớp

á sét xám vàng xốp dày từ 3m đến 5m Phần sườn đồi kết cấu chặt nguồn gốc aQ

Lớp 3: Đá Granit xám trắng rắn chắc bề mặt phong hóa vừa, các khe nứt được hạt sét chèn kín.

1.4.2 Vùng tuyến đập chính và cống:

Lòng suối phần thềm sông:

Lớp 1 dày 0,5 đến 6m, rộng 125m từ cao độ 52 bờ phải và cao độ 54 bờ trái.Bên dưới là lớp á sét xám vàng xốp dày từ 3m đến 5m, phía dưới là đá gốc Thềm và vai đập:

Lớp phủ thực vật dày 0,5m, tiếp đến là lớp 2 dày từ 3m đến 5m Bên dưới là lớp đá gốc ( lớp 3) có tầng nứt nẻ trên mặt dày từ 1m đến 1,5m được lấp đầy bằng hạt sét Cống được đặt trên lớp 3

1 0,5-0,7 1,5 385,000

1.4.4.2 Chỉ tiêu cơ lý: ( bảng 1-12)

Bảng 1-12: Chỉ tiêu cơ lý của bãi vật liệu

- Đá khai thác phía thượng lưu, cách đập 7km, γđ = 2 T/m3,φ = 380

- Cát sỏi: khai thác phía hạ lưu, cách đập 3,5km

CHƯƠNG II : ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI

2.1 Dân sinh kinh tế:

Dân số trong vùng dự án có 156000 người, chủ yếu là dân tộc Kinh chiếm 90%, dân tộc thiểu số chiếm khoảng 10% thuộc các dân tộc Thái, Mông

Kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp Ngoài ra còn một số ngành nghề thủ công cơ khí , mây tre đan, mộc và lâm nghiệp

Tình hình sản xuất nông nghiệp không ổn định, phụ thuộc nhiều vào điều kiện

tự nhiên do công trình thủy lợi sẵn chưa đảm bảo nhu cầu tưới chủ động Năng suất bấp bênh chỉ đạt 2- 3 T/ha Thu nhập bình quân quy ra thóc là 260kg/người năm Số

hộ đói nghèo chiếm tới 20%

2.2 Hiện trạng thủy lợi và nông nghiệp:

Khu vực thuộc phạm vi dự án là trọng điểm sản xuất nông nghiệp của huyện Diện tích canh tác toàn khu vực hiện có 8800 ha Đã có công trình đảm bảo tưới cho

3800 ha Khu vực chịu ảnh hưởng của lũ quét, ngập úng nước vụ mùa, hạn hán vào

vụ đông xuân và vụ hè thu

2.3 Kế hoạch phát triển kinh tế:

Theo kế hoạch phát triển kinh tế của địa phương, xác định đây là vùng trọng điểm sản xuất lương thực Vì vậy cần có sự đầu tư của nhà nước để có công trình thủy lợi tương đối quy mô để hạn chế úng lụt, chủ động nguồn nước tưới cho các loại cây trồng: Lúa, hoa màu, cây công nghiệp, cây ăn quả và nuôi trồng thủy sản

Về cơ cấu cây trồng:

+ Cây lương thực: Lúa, ngô, khoai

+ Cây công nghiệp: Lạc, đỗ tương

+ Cây thực phẩm : Rau xanh các loại

+ Ở những vùng đất cao khai thác mở rộng trồng cây ăn quả

Hồ đảm bảo tưới cho 3000 ha ruộng đất và cấp nước sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản khoảng 150 ha

Thu nhập bình quân quy ra thóc đạt 500 kg/người năm.

2.4 Ảnh hưởng của môi trường- ngập lụt và di dân:

Theo xác nhận của tổng cục địa chất, khu vực ngập lụt trong lòng hồ không ảnh hưởng vì không có khoáng sản

Dân cư trong vùng rất ít chỉ có 13 hộ gia đình với dân số 75 người đến khu định cư mới

Chất lượng nước được đánh giá không có độc tố ảnh hưởng tới dân sinh và sản xuất nông nghiệp

Hồ được xây dựng sẽ có điều kiện cải tạo khí hậu, tăng độ ẩm, giảm khô hanh

và nóng bức

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỌN TUYẾN

1.1 Cấp công trình:

Căn cứ vào quy phạm thiết kế các công trình thủy lợi TCXDVN 285 - 2002 cấp công trình được xác định theo hai điều kiện:

Theo nhiệm vụ của công trình

Theo chiều cao công trình và địa chất nền

1.1.1 Theo nhiệm vụ công trình:

Công trình cấp nước tưới cho 2200 ha đất canh tác nông nghiệp xác định được công trình là cấp III

1.1.2 Theo điều kiện nền và công trình:

Đập cao khoảng 25m, đập trên nền đất nhóm B xác định công trình cấp III

Từ hai điều kiện trên ta có: công trình là cấp III

1.2 Các chỉ tiêu thiết kế:

Xác định theo TCXDVN 285 - 2002:

1.2.1 Tần suất tính toán:

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

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

- Tần suất tưới đảm bảo: P = 75%

1.2.2 Hệ số tính toán:

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

- Tuổi thọ công trình: T = 75 năm

- Hệ số an toàn ổn định cho phép của đập đất (14TCN 157 - 2005):

Chiều rộng lưu vực 4 đến 4,5km, độ dốc lưu vực khoảng 15%

Tại tuyến công trình có địa hình co hẹp và có eo yên ngựa rất phù hợp cho việc

bố trí công trình Phía hạ lưu địa hình mở rộng và hạ thấp dần tạo thành vùng đồng

bằng khá rộng lớn phía hữu ngạn sông B vì vậy vai tuyến đập có địa hình vững chắc Mặt khác địa hình không dốc lắm, không sạt lở rất thuận lợi cho việc bố trí mặt bằng thi công.

Địa chất vùng xây dựng tuyến đập tương đối tốt so với các tuyến khác:

Lòng suối phần thềm sông: Lớp 1 là lớp cát cuội sỏi màu trắng đục bão hoà nước dày 0,5m đến 6m, bên dưới là lớp á sét xám vàng xốp dày từ 2m đến 4m, phía dưới là lớp đá gốc

Thềm và vai đập: Lớp phủ thực vật dày từ 0,5m đến 1m, dưới là lớp á sét xám vàng dày 2m đến 5m, dưới cùng là lớp đá gốc có tầng nứt nẻ trên mặt dày từ 1m đến 1,5m được lấp đầy bằng hạt sét

1.4 Qui mô công trình:

1.4.1 Đập:

Cách vị trí tuyến đập 800 ÷ 1000m về phía hạ lưu đập có các bãi vật liệu đất có trữ lượng tương đối lớn có hệ số thấm nhỏ, chỉ tiêu cơ lý của đất tương đối tốt do đó chọn hình thức đập ở đây là đập đất đồng chất Tuy nhiên nền bị thấm nước vì vậy cần có các biện pháp chống thấm Đá được khai thác phía thượng lưu, cách đập 7km, cát sỏi được khai thác ở hạ lưu đập, cách đập 3,5km

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC CHẾT CỦA HỒ

Do hồ có nhiệm vụ tưới nên MNC trong hồ được xác định theo hai điều kiện:

Điều kiện thứ nhất: đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy

Điều kiện thứ hai: đảm bảo tuổi thọ công trình thì MNC hay Vc phải đảm bảo lớn hơn dung tích bùn cát lắng đọng trong suốt thời gian hoạt động của công trình

2.1 Xác định MNC theo điều kiện lắng đọng bùn cát:

MNC được xác định theo công thức:

Q : lưu lượng bình quân nhiều năm, Q0= 1,3 (m3/s)T: Tuổi thọ công trình, T = 75 năm

k : Hệ số lắng đọng bùn cát, k = 0,8ρ: Hàm lượng bùn cát lơ lửng, ρ = 80(g/m3) = 0,08 (kg/m3)γ: Trọng lượng riêng của bùn cát, γ = 0,9 (t/m3) = 0,9.103 (kg/m3)

Từ đó: MNC = Zbc + δ + h = 47,814 + 0,5 + 1,2 = 49,514 (m)

2.2 Xác định MNC theo điều kiện tưới tự chảy:

MNC được xác định theo điều kiện:

MNC = MNKCĐK + [∆Z] (2-5)Trong đó theo đầu bài:

Mực nước khống chế đầu kênh(MNKCĐK) = 55,6(m)Tổng tổn thất [∆Z] = 0,4(m)

Từ bảng giá trị lượng nước đến và lượng nước dùng trên ta thấy: Tổng lượng nước đến cả năm lớn hơn tổng lượng nước dùng ( 39,327.106m3 > 33,219.106m3), nhưng xét từng tháng thì: có tháng thừa nước (từ tháng 8 đến tháng 12), có tháng thiếu nước ( từ tháng 1 đến tháng 7) Như vậy tính toán trong trường hợp hồ điều tiết năm.

Việc xác định MNDBT thực chất là việc xác định dung tích hiệu dụng của kho nước ở đây xác định dung tích hiệu dụng một cách đúng dần thông qua 2 bước tính

là chưa kể tổn thất và có kể đến tổn thất kho nước

3.2 Phương pháp tính toán:

Sử dụng phương pháp lập bảng

3.4.1 Tính toán điều tiết hồ khi chưa kể tổn thất:

Bảng 1- 1 :Tính điều tiết hồ khi chưa kể tổn thất

Cột (3): Lượng nước dùng trong từng tháng (m3).

Cột (4): Lượng nước đến thừa so với nhu cầu dùng nước (m3)

Cột (4) = Cột (2) - Cột (3) (m3)

Cột (5): Lượng nước đến thiếu so với nhu cầu dùng nước (m3)

Cột (5) = Cột (3) - Cột (2) (m3)

Cột (6): Lượng nước trữ lại trong kho (m3)

Ở đây ta giả thiết Vhồ = 23,648.106 (m3)

Cột (7): Lượng nước xả (m3)

3.4.2 Tính toán điều tiết hồ khi có kể đến tổn thất:

Khi tính toán điều tiết hồ có kể đến tổn thất cần tính đến hai loại tổn thất: tổn thất bốc hơi và tổn thất thấm

Chú thích bảng:

Cột (1): Tháng

Cột (2): Tổng lượng nước đến hàng tháng của năm thiết kế (m3)

Cột (3): Tổng lượng nước dùng hàng tháng lấy theo nhu cầu dùng nước (m3).Cột (4): Lượng nước đến thừa so với nhu cầu dùng nước (m3)

Cột (15): Lượng nước trữ lại trong kho (m3)

Cột (16): Lượng nước xả thừa (m3)

Cột (17): Mực nước hàng tháng (m)

Từ phụ lục tính toán ta có:

Dung tích của hồ khi tính có kể đến tồn thất là Vh = 26,080.106 (m3)

Tra quan hệ Z ~ W, ta tính được cao trình MNDBT là +64,60 m

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 4.1 Nguyên lý tính toán:

Tính toán điều tiết lũ dựa trên phương trình cân bằng nước:

Qdt – qdt = F.dh (4-1)Trong đó:

Q: Lưu lượng vào

q: Lưu lượng ra

F: Diện tích mặt hồ chứa

h: Cột nước trên công trình tháo lũ

Nếu thay dt bằng khoảng thời gian ∆t = t1 – t2, ở đây t1 là thời điểm ban đầu và

t2 là thời điểm cuối của khoảng thời gian tính toán thì ta có:

Q1, Q2 là lưu lượng đến đầu và cuối thời đoạn

q1,q2: Lưu lượng xả tương ứng

V1,V2: Lượng nước có trong kho ở đầu và cuối thời đoạn tính toán

Để tìm được đường quá trình xả lũ (q ~ t) thì phương trình (3-2) chưa giải trực tiếp được vì một phương trình có hai ẩn là q2 và V2 Do đó ta cần phương trình nữa,

đó chính là phương trình thủy lực của công trình xả lũ:

3 0 2

q=ε m b g H (4-3)Trong đó:

ε: Hệ số co hẹp

m: Hệ số lưu lượngb: bề rộng phần tháo nước

H0: Cột nước xả lũ có kể đến lưu tốc tới gần

Tóm lại: nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là việc kết hợp giải phương trình

cân bằng nước và phương trình thủy lực

4.2 Tài liệu tính toán:

Trụ biên, trụ giữa lượn tròn chiều dày d = 1,0m

Bề rộng ngưỡng tràn: 3x7 = 21m; 3x8 = 24m ; 3x9 = 27m

4.3 Nội dung tính toán ( phương pháp Potapop- Bán đồ giải):

4.3.1 Cơ sở của phương pháp:

Căn cứ vào phương trình cân bằng nước trong hồ chứa:

4.3.3 Tính toán cụ thể:

4.3.3.1 Bảng tính toán xây dựng đường quan hệ phụ trợ: (f ~ qxả) (f1 ~ qxả)

Cột (1): Thứ tự

Cột (2): Giả thiết các giá trị Z từ Zngưỡng (m)

Cột (3): Giá trị cột nước trên tràn H = Z - Zngưỡng (m)

Cột (4): Lưu lượng xả qua tràn

qxả = ε.m.B 2 g H Tr3 (4-7)Trong đó:

ε: hệ số co hẹp bên, đập tràn đỉnh rộng có co hẹp bên do phân khoang.m: hệ số lưu lượng, đập tràn đỉnh rộng sơ bộ chọn ε.m = 0,34.

B: bề rộng tràn, B = 7x3 = 21m; 8x3 = 24m; 9x3 = 27m

Htri: Cột nước trên tràn tại thời điểm tính toán i, Htri = Zi - Zngưỡng

Cột (5): Dung tích kho, Wk tra từ quan hệ Z ~ W (m3)

Cột (6): Dung tích trên tràn, Wtt = Wk – Wngưỡng (m3)

Cột (2): Thời đoạn tính toán ∆t = 2h = 7200 (s)

Cột (3): Lưu lượng đến lấy theo tài liệu thủy văn (m3/s)

Cột (4): Lưu lượng trung bình thời đoạn:

Cột (6): q1

xả ⇒ f1 ( nội suy quan hệ phụ trợ)

Cột (7): f2 = Q + f1 Từ f2 ⇒ q2

xả ( nội suy bảng quan hệ phụ trợ)

Sau đó lặp lại các bước từ cột (4) đến cột (6)

Cột (8): Z được nội suy từ qxả (m)

Cột (9): Cột nước trên tràn, H = Z – Zngưỡng (m)

Cột (10): Dung tích Vsc (m3)

4.3.3.3 Kết quả tính toán

Kết quả cho từng phương án trình bày ở bảng PL 4-1,PL 4-2,PL 4-2, PL 4-4,

PL 4-5,PL 4-6 phụ lục chương IV

Bảng 4 - 1:Tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ

Btràn MNDBT Quá trình (Q~t ) Qlũ max qxả max MNL Vsc Hsc

Mực nước chết: + 56m.

Mực nước dâng bình thường MNDBT: +64,6m

Mực nước dâng gia cường ứng với các Btràn :

Thời gian gió thổi liên tục: t = 6h

5.2 Xác định các kích thước cơ bản của đập:

∆h, ∆h’: Lần lượt là độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

hsl ,hsl’: Lần lượt là chiều cao sóng leo ( có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

a,a’: Độ vượt cao an toàn, phụ thuộc vào cấp công trình và điều kiện làm việc của hồ chứa, theo 14 TCN 157 – 2005, với công trình cấp III lấy:

a = 0,7 m; a’ = 0,5 m;

5.2.1.1 Xác định ∆h, hsl ứng với gió lớn nhất:

+ Độ dềnh ∆h được xác định theo công thức

2 6

s

.2.10 os

V: là vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 25 (m/s)

D: đà sóng ứng với MNDBT D = 1100 m

H: chiều sâu nước trước đập, tính tới đáy lớp bóc bỏ phong hóa (m).g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s).

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

+ Chiều cao sóng leo hsl1%

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

hsl1% = K1 K2 K3 K4 Kα hs1% (5-4)Trong đó :

hs1% : chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%

K1, K2,K3,K4,Kα : Các hệ số xác định theo qui phạm QPTL C1-78

+ hs1% được xác định như sau: ( theo QPTL C1 – 78):

- Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu:

λ0,5

H>

Với λ là chiều dài trung bình của sóng

- Tính các đại lượng không thứ nguyên gt

V , 2

gDVVới t : là thời gian gió thổi liên tục ( lấy t = 6h )

- Tra đường bao đồ thị hình 3-5, QPTL C1-78, ta xác định được các đại lượng

- Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu theo (4-5)

Nếu thoả mãn => ta tính tiếp :

+ Tính hs 1%:

h.K

hs 1% = 1% (5-8)

- Hệ số K1, K2 tra ở bảng 6 QPTL C1-78, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái.

Ở đây ta chọn hình thức gia cố mái bằng tấm bê tông và độ nhám tương đối

- Kα : hệ số phụ thuộc vào αs Tra bảng 9 QPTL – C1 – 78

5.2.1.2 Xác định ∆h’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’ = V50% :

Cách tính tương tự như trên nhưng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất V’

và đà sóng ứng với mực nước dâng gia cường D’

5.2.1.3 Kết quả tính toán:

Ta xác định các cao trình đỉnh đập tương ứng với các trường hợp Btràn khác nhau Với mỗi Btràn ta sẽ xác định được một cao trình đỉnh đập

Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện trong bảng PL 5 – 1 phụ lục chương V

Bảng 5.1 Kết quả cao trình đỉnh đập của các phương án tính toán

5.2.2 Bề rộng đỉnh đập

Bề rộng đỉnh đập được xác định theo hai yêu cầu:

- Về cấu tạo: chủ yếu xét điều kiện thi công đầm nén và quản lý khai thác đập

- Về giao thông: đỉnh đập được chọn theo quy phạm đường giao thông.

Đối với công trình đập hồ Tân Phú không có yêu cầu về giao thông nên ta xác định bề rộng đỉnh đập theo yêu cầu về mặt cấu tạo Để tiện lợi trong quá trình thi công cũng như quản lý và khai thác đập, ta chọn bề rộng đỉnh đập B = 6m

Đỉnh đập phủ một lớp đá dăm dày 20 cm để bảo vệ mặt đỉnh đập Mặt đỉnh đập làm dốc về 1 phía với độ dốc 3% để dễ dàng thoát nước mưa trên đỉnh đập

Cao trình thấp nhất bảo vệ mái thượng lưu: Z = 56 – 2,5 = 53,5 m

Bảo vệ mái thượng lưu bằng đá xếp, sơ bộ chọn bảo vệ mái gồm 3 lớp:

+ Lớp áo bảo vệ mái bằng đá xếp dày 30 cm

+ Lớp sỏi dày 20 cm

+ Lớp cát dày 15 cm

Mái hạ lưu được bảo vệ bằng hình thức trồng cỏ kết hợp rãnh thoát nước mưa

và mương tập trung nước mưa Mái đập hạ lưu được bảo vệ từ đỉnh đập đến đỉnh của lăng trụ đá tiêu nước, hệ thống rãnh thoát nước mưa được đặt xiên một góc 450

so với mặt đập để tránh hiện tượng rãnh bị xói do nước chảy

5.2.4.1 Chống thấm cho đập

Do đập đồng chất có hệ số thấm nhỏ ( K= 2.10-9 cm/s ) nên ta không cần bố trí thiết bị chống thấm cho thân đập

5.2.4.2 Chống thấm cho nền

Chọn hình thức chống thấm cho nền là : Chân khay

5.2.5 Thiết bị thoát nước

+ Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước Chọn thiết bị thoát nước dạng lăng trụ thoát nước

Sơ bộ chọn các thông số như sau:

Cao trình đỉnh thiết bị thoát nước là:

Zthoát nước = Zhạlưumax+ 1,0

Bề rộng đỉnh vật thoát nước là Btn = 3m

Mái trước của lăng trụ bằng mái của đống đá: mtn = 1,5;

Mái sau của lăng trụ bằng mái của đống đá: mtn = 2

Tầng lọc ngược tiếp xúc của lăng trụ thoát nước với đập và nền: Sơ bộ chọn bằng lớp đệm của bảo vệ mái thượng lưu

+ Đoạn sườn đồi: hạ lưu không có nước, sơ đồ đơn giản nhất có thể chọn là thoát nước kiểu áp mái

6.0

3.0 3.5

3.0

3.25

mtn2 =2.0

1.5

tn

Hình 5.1 : Kích thước sơ bộ đập đất

CHƯƠNG VI : THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐƯỜNG TRÀN 6.1 Bố trí trung đường tràn

Căn cứ vào điều kiện địa chất, địa hình khu vực xây dựng công trình, được sự phân công của thầy giáo hướng dẫn, tuyến tràn được bố trí ở bờ trái tuyến đập Hình thức tràn là đập tràn thực dụng không chân không, không có cửa van, các đoạn của đường tràn gồm:

Ngưỡng tràn Dốc nước

Bể tiêu năng Kênh hạ lưu

i = 6 %

+50 +61

Hỡnh 6.1:Mặt cắt dọc ngưỡng tràn

6.1.1 Ngưỡng tràn

- Hỡnh thức ngưỡng tràn: Đập tràn thực dụng, chảy tự do

- Cao trỡnh tràn: ∇ngưỡng = +60 m

- Chiều rộng tràn nước: Tớnh toỏn với 3 phương ỏn Btr = 24m; 27m; 29m

- Chiều dày mố trụ ( Chung cho cả 3 phương ỏn): d = 1m

- Độ dốc của đỏy dốc nước: id = 0,06

- Hệ số nhỏm của dốc nước: n = 0,017

- Cao trỡnh đỉnh dốc nước: ∇đầu dốc = ∇cuối ngưỡng = + 60m

- Cao trỡnh đỏy dốc nước: ∇cuối dốc =∇đầu dốc - i.Ldốc = 60 - 0,06.80 = + 48m

- Chiều dài dốc nước: Ld = 80m

- Bản đáy dốc nước được làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 0,6m.

- Bên dưới là lớp bê tông lót

Địa hình sau tràn tương đối thoải và địa chất nền là đất tốt nên thuận lợi cho việc xây dựng dốc nước Dốc nước gồm 2 đoạn: Đoạn thu hẹp dần với góc α có

6.1.4 Kênh xả hạ lưu

- Kênh dẫn hạ lưu được chọn là kênh dẫn hình thang có hệ số mái m = 2,0

- Chiều rộng kênh tương ứng cho 3 phương án

- Cao trình đáy kênh: Zđk = +50m

6.2.2 Trường hợp tính toán:

Nhằm đảm bảo tháo lũ an toàn trong quá trình làm việc ta chọn tính toán với trường hợp lưu lượng qua tràn là q với từng phương án

6.2.3 Phương pháp và nội dung tính toán:

6.2.3.1 Phương pháp tính:

Trong đồ án này chọn tính toán theo phương pháp cộng trực tiếp

6.2.3.2 Nội dung tính toán:

1 Định tính đường mặt nước trên dốc nước:

Để định tính đường mặt nước trên dốc nước ta tính và so sánh các đại lượng ho,

Qxả là lưu lượng chảy qua dốc nước

Có f(Rln) tra phụ lục (8-1) các bảng tính thủy lực với n = 0,017 được Rln.Lập tỷ số

q: Lưu lượng đơn vị, q =

d b

Bảng 6.3 Độ sâu phân giới tại đầu dốc và đoạn mặt cắt không đổi

Btr Qxảmax Đầu đoạn thu hẹp Đoạn mặt cắt không đổi(m) (m) B1 (m) q (m2/s) hk (m) B2 (m) q (m2/s) hk (m)

k C R

Q

2 2

2 max

ω (6.3)

E0: Năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu

E

τ ϕ

= +

∑ ∑ (6.6)

ϕ: Hệ số lưu tốc, tra theo bảng 15- 1(bảng tra thủy lực) với đập tràn đỉnh rộng,

có cửa van, ta thu được: ϕ = 0,90

Với mỗi một giá trị F(τc), ta tiến hành tra Phụ lục 15-1 (Bảng tra Thủy lực) tìm được một giá trị τc tương ứng Từ đó, ta xác định được một giá trị hc cần tìm Với 3 trường hợp BTr khác nhau, ta có được 3 giá trị hc khác nhau Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Bảng 6.5: Độ sâu hc tại mặt cắt dốc nước có bề rộng không đổi

2 Xác định đường mặt nước trong dốc nước:

Phương trình cơ bản để tính đường mặt nước là phương trình động lực Becnulli, viết cho dòng chảy ổn định trong kênh hở có độ dốc đáy id được tính toán theo phương pháp sai phân ( cộng trực tiếp)

Trong đó: ∆L : Khoảng cách giữa hai mặt cắt tính toán

∆∋ : Hiệu tỷ năng của hai mặt cắt ở hai đầu đoạn tính toán

α

và ∋i+1 = hi+1 +

g2

V2 1

Kết quả tính toán đường mặt nước trong đoạn thu hẹp cho từng trường hợp được tính toán cụ thể trong b ảng PL 6 – 1, PL 6 – 2, PL 6 – 3 phụ lục chương VI

Tổng hợp kết quả tính toán đường mặt nước trong đoạn thu hẹp cho từng trường hợp trong bảng sau:

Bảng 6.7 Đường mặt nước trong đoạn dốc phi lăng trụ

B2

B1

hcd

1h

hk

tr

Hình 6.2 Sơ đồ tính toán thủy lực dốc nước.

Kết quả tính toán đường mặt nước trong đoạn dốc lăng trụ cho từng trường hợp được tính toán cụ thể trong b ảng PL 6 -4, PL 6 – 5, PL 6 – 6 phụ lục chương VI

Tổng hợp kết quả tính toán đường mặt nước trong đoạn dốc lăng trụ cho từng trường hợp được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 6.8 Đường mặt nước trong đoạn kênh lăng trụ

• Kiểm tra các điều kiện trong dốc nước :

Điều kiện không xói: Thông qua tính toán thủy lực dốc nước ta xác định được vận tốc dòng chảy lớn nhất trên dốc, cần thỏa mãn điều kiện:

Vmax < [Vmax] (6.9) Trong đó:

Vmax: Vận tốc lớn nhất trên dốc(m/s)

[Vmax]: Vận tốc cho phép không xói của bêtông(m/s)

Theo bảng 5 phụ lục 8 TCVN 4118-85, với bêtông M200 ta có [Vmax] = 18 (m/s) Theo kết quả tính toán đường mặt nước trong dốc nước ta thấy điều kiện (6.9) được thỏa mãn

3 Lựa chọn mặt cắt kênh dẫn sau dốc nước hợp lý

a Lựa chọn các thông số thiết kế

Do công trình đi qua nơi đất yếu nên để đảm bảo điều kiện ổn định được tốt, chọn kênh có mặt cắt hình thang

Sơ bộ chọn các chỉ tiêu thiết kế kênh như sau :

• PA1: b = 22m

• PA2: b = 24m

• PA3: b = 26m

b Tính toán cho các phương án:

Xác định chiều sâu nước trong kênh h được tính theo mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực:

Tra bảng 8 - 1 (bảng tra Thuỷ lực) → Rln

Lập tỉ số :

ln

R b

Tra bảng 8 - 3 (bảng tra Thuỷ lực) ( )

ln

ln

h R h R

c Kiểm tra khả năng xói lở của kênh hạ lưu:

Tràn tháo nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước xả nhỏ do đó khả năng gây bồi lấp kênh nhỏ, do đó chỉ cần kiểm tra khả năng gây xói lở bờ và đáy kênh Điều kiện kiểm tra khả năng xói:

Trước tiên cần kiểm tra hình thức nối tiếp với hạ lưu tại chân dốc nước Xác

định chiều sâu liên hiệp hc”:

h

Trong đó:

q: Lưu lượng đơn vị trong dốc nước q (m2/s)

hc : Chiều sâu nước tại chân dốc nước

Kết quả tính toán theo bảng cho thấy hình thức nối tiếp tại chân dốc nước của

cả 3 phương án là nhảy xa Để đảm bảo nước nhảy sau dốc là nước nhảy ngập hoàn

Hình 6.3: Sơ đồ tính toán nối tiếp

Đối với công trình trên nền đất hình thức tiêu năng chủ yếu là tiêu năng dòng

chảy đáy, có ba biện pháp tiêu năng từng được áp dụng:

• Biện pháp bể tiêu năng

• Biện pháp tường tiêu năng

• Biện pháp bể tường kết hợp

Ở đồ án này chúng ta tính toán thiết kế cho biện pháp tiêu năng là đào bể

Đối với phương án bể tiêu năng cần xác định giá trị hc theo phương pháp tính

toán thử dần:

2

2 22

P : Chênh lệch độ cao giữa cao trình cuối dốc và đáy kênh hạ lưu(m)

Để giảm lưu tốc dòng chảy cuối dốc nước cần có biện pháp tiêu năng để giảm năng lượng dòng chảy tránh xói lở bờ và lòng kênh Biện pháp tiêu năng được chọn

là đào bể tiêu năng

Chiều sâu đào bể được xác định theo điều kiện tạo ra nước nhảy ngập trong bể tiêu năng.

d = σhc” – hh - ∆Z (6.14)Trong đó:

hh: độ sâu hạ lưu khi chưa đào bể

hc”: độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp hc tính với cao trình sân bể với cột nước thượng lưu E0’ = E0 + d

Eo = hcd +

g

V cd

.2

2

α

+ P (6.15)

Trong đó :

hcd : Chiều sâu dòng chảy cuối dốc (m)

Vcd: Lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc (m/s)

P : Chênh lệch độ cao giữa cao trình cuối dốc và đáy kênh hạ lưu(m)

P = ∇ cd - ∇ đk = 55 - 50 = 5m

σ : hệ số an toàn ngập, lấy khoảng 1,05- 1,10 Chọn σ = 1,1

∆Z : chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể, tính bằng công thức:

ωb: diện tích mặt cắt ướt ở cuối bể, có chiều sâu hb = hc”

ωh : diện tích mặt cắt ướt hạ lưu sau bểφ’ hệ số lưu tốc cửa ra của bể , chọn φ’= 0,95

Bảng kết quả tính toán chiều sâu đào bể được trình bày trong bảng PL 6 –7 phụ lục chương VI

Chiều dài bể tiêu năng được xác định theo công thức:

Lb = β.Ln + l1 (6.17)

Trong đó: