ĐỒ án THỦY CÔNG

Phần IV Thủy công- Công trình trên tuyến năng lợng : cửa lấy nớc, kênh dẫn, đờng ống áp lực, nhà máy thuỷ điện và công trình dẫn nớc.. Đờng ống áp lực chính bằng thép dài khoảng 380m, tr

Phần IV Thủy công

- Công trình trên tuyến năng lợng : cửa lấy nớc, kênh dẫn, đờng ống

áp lực, nhà máy thuỷ điện và công trình dẫn nớc

 Cấp công trình TTĐ Iapuch 3 theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN285:2002 là công trình có:

- Đập dâng bê tông trọng lực cao 19 m trên nền đá nên chọn cấp côngtrình theo đặc tính kỹ thuật là công trình cấp IV

- Nhà máy thủy điện Iapuch 3 có công suất phát điện khoảng 8400

KW nên chọn cấp công trình theo năng lực phục vụ là công trình cấpIII

Ta chọn cấp công trình là III Vì vậy ta lấy mức bảo đảm tính toán chocông trình là PTK = 85% Công trình có tần suất lũ thiết kế PLTK=1% và tầnsuất lũ kiểm tra PLKT=0,2%

Căn cứ kết quả các hố khoan thăm dò thấy rằng đá nền là đá bazanphun trào hệ tầng Túc Trng  (N2-Q1)tt, tầng phủ hai vai là lớp á sét, sét phakhá dày (bề dày trung bình của lớp là 8.2m) Trạng thái dẻo cứng đến nửacứng Tiếp theo là lớp bazan lỗ rỗng 4a bề dày khoảng 1.3m đá t ơng đốimềm yếu dới lớp ba zan lỗ rỗng là Lớp đá bazan chặt xít 4 cứng chắc trungbình đến rắn chắc, nằm xen kẹp giữa lớp 4a, 4b và dới lớp 4b Khu vực lòngsông là lớp đá cuội tảng phân bố tới độ sâu 3.2m

Căn cứ vào đặc trng cơ lý của các lớp đất đá nền đập thấy rằng điềukiện địa chất khu vực tuyến đập phù hợp cho việc bố trí đập tràn bằng bêtông trọng lực trên nền đới 4a kết hợp khoan phun chống thấm, nối tiếp haivai đập là đập đất đồng chất

 Cửa lấy nớc không áp

Cửa lấy nớc đầu kênh nằm bên phía vai phải đập Cửa vào có kích thớcsơ bộ hxb = 2,5x3,0 m Nhiệm vụ của CLN là lấy đủ nớc vào kênh đảm bảophát điện.Phía trớc CLN có trang bị lới chắn rác, một cửa phai và một cửavan phẳng điều chỉnh đợc độ mở

Kênh dẫn nối tiếp sau cống đến bể áp lực, kênh lấy nớc với lu lợng thiết

kế là 13,5 m3/s Chiều dài tuyến kênh sơ bộ chọn là 3120 m Kênh dẫn làkênh không điều tiết có dạng hở Trên kênh có bố trí tràn xả thừa Để đảmbảo an toàn cho kênh, dọc theo kênh dẫn những vị trí tụ thủy cần bố trícống ngầm thoát nớc qua kênh

Bể áp lực bố trí cuối kênh dẫn Kích thớc và cao độ của bể đảm bảo lấy

đủ nớc vào đờng ống trong mọi trờng hợp vận hành và không sinh chânkhông

Cửa lấy nớc đầu đờng ống đợc đặt cuối bể áp lực Điều kiện địa chất củacửa lấy nớc đặt trên đá bazan lớp 4a cứng chắc Cửa lấy nớc có cao độ đảmbảo khi vận hành với mực nớc thấp nhất không lọt khí vào đờng ống

Đờng ống áp lực chính bằng thép dài khoảng 380m, trong đó đoạn đầu

có đờng kính ống là 2,0 m, đến gần nhà máy đờng ống chính đợc chia làmhai ốnh nhánh có đờng kính là 1,25 m để đa nớc vào hai tổ máy.Trên toàntuyến đờng ống có các mố néo và mố đỡ, tất cả các mố néo của đờng ống

đều đợc đặt trên nền đá bazan cứng chắc

Nhà máy thuỷ điện có công suất lắp máy 8400kW, gồm 2 tổ máy tuabintrục đứng Điều kiện địa chất nền nhà máy đặt trên lớp đá bazan cứng chắc.Sau nhà máy là đoạn kênh xả nối tiếp thuận dòng với sông IaPuch

Trạm phân phối điện ngoài trời 6,3/35KV gần nhà máy Trong trạm bố trí

2 máy biến áp nâng áp và các thiết bị điện khác

4.2 tính toán điều tiết lũ

4.2.1 Mục đích công trình xả lũ.

Công trình xả lũ là một bộ phận của công trình đầu mối, có nhiệm vụ

điều tiết và phân phối dòng chảy, nhằm giảm bớt mức độ nguy hiểm của lũcho công trình và hạ lu, đôi khi dùng để tháo cạn một phần hồ chứa khi sửachữa

Việc bố trí công trình tháo lũ phải dựa vào điều kiện địa chất, địa hình, lulợng tháo lũ, lu tốc cho phép không xói lở chân đập và các công trình khác

đồng thời đảm bảo khối lợng đào đắp nhỏ nhất

Mục đích của tính toán lũ là tìm ra biện pháp phòng lũ tối u nhất Trận

lũ tính toán, từ phần tài liệu cho dòng chảy ta có các thông số sau:

- Lu lợng đỉnh lũ lớn nhất ứng với tần suất P = 1 %

Q1% = 978,2 (m3/s)

- Lu lợng đỉnh lũ lớn nhất ứng với tần suất P = 0,2 %

Q0,2% = 1545 (m3/s)

Trong kho nớc, công trình xả lũ có vai trò đảm bảo phòng lũ cho hạ lu và

an toàn cho bản thân công trình Hiện nay có hai loại công trình xả lũ đợc

4.2.2 Phơng pháp điều tiết lũ bảo vệ cho công trình

Điều tiết lũ có nhiệm vụ là tính toán điều tiết hạ thấp lu lợng lũ nhằm đápứng nhu cầu phòng lũ cho hạ lu

Xác định các kích thớc công trình và lu lợng tháo tối đa xuống hạ lu khimực nớc trong hồ là mực nớc siêu cao

Có 2 phơng pháp tính toán điều tiết lũ:

 Phòng lũ bằng dung tích siêu cao:

o Trong khoảng thời gian trớc khi lũ về cần bỏ trống phần dung tích

đó Phơng pháp thờng dùng trong thiết kế sơ bộ

o u điểm: phơng pháp này thì an toàn phòng lũ cho hạ lu

o Nhợc điểm: chiều cao đập tăng

Do cha có đầy đủ tài liệu và đang

trong giai đoạn thiết kế sơ bộ nên ta giả thiết chiều rộng của tràn và sửdụng công thức tính lu lợng của đập tràn thực dụng để xác định cột nớc trêntràn ứng với mực nớc lũ thiết kế và mực nớc lũ kiểm tra

4.2.3 Xác định cao trình mực nớc lũ

Ta tiến hành giả thiết nhiều chiều rộng của đập tràn khác nhau ứng vớimỗi giá trị ta tìm đợc cột nớc trên đỉnh đập tràn Sơ bộ chọn đập tràn thựcdụng để tính toán Dựa trên công thức tính lu lợng qua đập tràn:

Qxả =  m n n.b 2g H3/2

Ta sẽ có đợc cột nớc trên tràn là:

H=

3 / 2 2

).

1 n

u Nếu chiều rộng tràn nhỏ thì lu lợng xả (Qxả) lũ chậm, dung tích siêu caolớn, dẫn đến ngập lụt lớn Nếu chiều rộng tràn lớn thì lu lợng xả lũ lớn, thợng

lu ngập lụt ít, tuy nhiên lũ đợc xả nhanh nên hạ lu ngập lụt lớn Do yêu cầucần phải có cầu giao thông trên đỉnh tràn để công nhân đi lại kiểm tra nêntràn đợc bố trí làm nhiều khoang Chiều rộng mỗi khoang sơ bộ lấy hai giá trịb1= 10 m và b2=9 m để so sánh Lấy cao trình đỉnh tràn là đỉnh tràn = MNDBT =362,85 m

8 9 -1,95 1 0,504 1 0,978 0,949 1545 1534,2 4,75

Sơ bộ ta chọn số khoang tràn là 8, với chiều rộng mỗi khoang tràn là 10

m để tính toán tiếp ở phần sau

Đập phải luôn làm việc ổn định, an toàn trong mọi trờng hợp

Đập phải có mặt cắt nhỏ nhất và khối lợng đào đắp nhỏ nhất

Khi thiết kế ta tính ứng với cột nớc trên tràn ứng với MNLTK, sau đó kiểmtra lại với MNLKT

Đoạn hình chiếu của mái thợng lu là nB, hình chiếu mái hạ lu là (1-n)B.Trị số n chọn theo hệ số kinh nghiệm n =(0 0,1), chọn n= 0

Trị số B lấy theo điều kiện ổn định và điều kiện ứng suất

1

1 c

n F

H K

Kc : hệ số an toàn ổn định cho phép Theo quan điểm tínhtoán ổn định theo quy phạm mới , ổn định của côngtrình trên nền đợc bảo đảm khi :

m: Hệ số điều kiện làm việc , m=0,95

Kn- Hệ số tin cậy, với công trình cấp III, Kn =1,15

Ntt và R lần lợt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trợt

và của lực chống trợt giới hạn Có thể viết công thức trên dới dạng :

m

K n N

nc n

95 , 0

15 , 1 9 , 0

05 , 18 09

    1

1

1

α - 2 1

γ

γ

n n n

H B

4 , 2

05 , 18

MNDBT    S 



' a ' h ' MNDGC    S

svà s’ : độ dềnh cao nhất của sóng với gió tính toán lớn nhất

và gió bình quân lớn nhất

a và a’ : độ vợt cao an toàn ứng với MNDBT và MNDGC, phụthuộc cấp công trình, a= 0,5m ; a =0,4 m.’

Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tínhtoán theo 2 điều kiện trên

* Xác định h : theo công thức:

h=2.10-6 Cos s

gH

D V



2

Trong đó :

V: vận tốc gió tính toán lớn nhất ( ứng với P=4%), V=26 (m/s)

600 26

Độ dềnh cao nhất của sóng đợc xác định nh sau:

, 9



- Theo đờng cong bao phía trên ở đồ thị xác định các yếu tố củasóng hình P2-1_GT đồ án thủy công, ta xác định đợc các đại lợng không thứnguyên:

=0,077 và

V

t g

=0,0056 và

V

t g

=0,77

Chọn giá trị nhỏ 2

V

h g

26 0056 ,

2 2

t g

s '

2 '

 Trong đó :

V : vận tốc gió bình quân lớn nhất tính toán, ( ứng với’

800 3

, 18

=21600(s)

 V gt'= 11579

3 , 18

21600 81

, 9

800 81 , 9



- Theo đờng cong bao phía trên ở đồ thị xác định các yếu tố củasóng hình P2-1_GT Đồ án thủy công, ta xác định đợc các đại lợng không thứnguyên:

=1,03 để xác định h', t':

'

h =

81 , 9

3 , 18 009 ,

2 2

t g

ở trên ta có:

đ1= MNDBT +h+s+a = 362,85 +0,0056+0,97+0,5 =364,33(m)

đ2= MNDGC+h’ +' s+a’ =366,05+0,0031+0,73+0,4 =367,18(m)

Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất trong hai cao trình: đ = 367,18(m)

Kiểm tra với MNLKT:

4.3.3 Mặt cắt thực dụng của đập tràn

4.3.3.1 Vị trí đập tràn:

Khi bố trí tràn xả lũ, căn cứ vào điều kiện tự nhiên của lòng sông, khi l u ợng tháo lớn, lòng sông tại nơi xả tràn có nền đá, ta chọn vị trí tuyến tràn tạilòng sông

l-Nhiệm vụ của đập tràn: Dâng nớc điều tiết lũ bảo đảm dòng chảy thuậnlợi xuống hạ lu không gây xói lở Công trình đồng thời phải đảm bảo ổn địnhvững chắc, bề mặt không bị phá hoại

Tính toán thuỷ lực đập tràn nhằm tìm ra lu lợng xả qua tràn, kích thớccông trình xả tràn, cao trình ngỡng tràn, để từ đó làm cơ sở xác định, thiết kế

đập tràn Căn cứ vào bình đồ tổng thể, chiều dài tuyến đập và chiều rộngcủa lòng sông ta sơ bộ đã chọn đợc hình thức tràn nh sau:

- Số khoang tràn n=8 khoang, mỗi khoang có chiều rộng b= 10m

- Khe lún đợc bố trí ở trong tràn, đầu và cuối của tràn

- Số trụ pin là 7 trụ.

- Vẽ đờng cong theo toạ độ Ôphixêrôp trong hệ trục đã chọn

- Tịnh tiến đờng cong đó theo phơng ngang về phía hạ lu cho đến khitiếp xúc với biên hạ lu của mặt cắt cơ bản

- Mặt hạ lu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bánh kính R

AB- nhánh đi lên của đờng cong Ôphixêrốp BC- là đoạn nằm ngang trên đỉnh ;

CD- là một phần của nhánh đi xuống của đờng cong Ôphixêrốp;DE- là một đoạn của mái hạ lu mặt cắt cơ bản;

EF- là cung nối tiếp với sân sau;

Bảng toạ độ đờng cong mặt đập không chân không:

r 4,48 5,44 6,4 8 9,6 11,2 12,8 14,4y=Y,Ht

r 1,82 2,78 3,97 6,27 9,02 12,22 15,78 19,90

4.3.3.3 Trụ pin và cầu giao thông

Đỉnh đập không có yêu cầu về giao thông , nhng để đi lại và kiểm tra

và khai thác công trình , ta phải làm cầu giao thông qua đập tràn ,do tràn lớncho nên phải bố trí các trụ pin để đảm bảo ổn định tràn và để đỡ cầu Số trụpin sẽ là 7 Cao trình cầu giao thông ngang với cao trình đỉnh đập, bề rộngcầu bằng bề rộng mặt đập B= 3m

4.4 Tính toán màn chống thấm

4.4.1 Mục đích

Xác định các thông số cần thiết của màng chống thấm( chiều sâu, chiềudày, vị trí đặt) để đảm bảo đợc yêu cầu chống thấm đề ra ( hạn chế lợngmất nớc , giảm nhỏ áp lực thấm lên đáy đập)

4.4.2 Xác định thông số màn chống thấm

4.4.2.1 Chiều sâu phụt vữa.

S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo quyphạm của Liên Xô CH 123-60, chiều sâu xử lý chống thấm đợc xác định: Khi H<25m : xử lý đến độ sâu có lợng mất nớc 0,05 l/ph

Trong đó H là cột nớc thấm lớn nhất của đập Sơ bộ lấy H= 15 m

Từ tài liệu ép nớc thí nghiệm đã cho , ta thấy lợng mất nớc tơng đối thấp,sơ bộ xác định đợc chiều sâu màn là S1=4 (m)

4.4.2.2 Chiều dày màn chống thấm:

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

  

10

45 ,

10

15 45 , 0





ta chọn  =0,8 m

4.4.2.3 Vị trí màn chống thấm

Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thợng lu đập càng tốt Nhng đểchống thấm cho thành phía trớc của hành lang phụt vữa cần khống chế L1 

4.4.3 Kiểm tra trị số của 1

Trong thiết kế sơ bộ , có thể áp dụng phơng pháp của Pavơlốpxki , theo

đó:

1

2 1

H

2 1

2 1

8 , 0

 (m)L2= B L– 348= 14,85 (m) 1= 16,5 – 0,8 = 15,7 (m)

1

1 2

1

S

L S

0 , 4 7 , 15 1 0

, 4 8 , 0 1 2

2 1

1 1

2

1

S

L S

0 , 4 8 , 0 1 0

, 4 7 , 15 1 2

1

1,50

0 , 4

4 , 0 1 53 , 2

1 arccos

Dòng chảy sau khi qua đập tràn mang một năng lợng rất lớn nếu không

có biện pháp tiêu năng thích hợp thì sẽ mất đi ổn định dòng chảy sau đập

gây xói lở lòng sông và chân đập làm nguy hại đến công trình Do đó cầnphải có biện pháp thích hợp để làm tiêu hao năng lợng dòng nớc.

Có thể chọn hình thức tiêu năng đáy hoặc tiêu năng phóng xa Hình thứctiêu năng mặt không thích hợp vì tài liệu đã cho, mực nớc thay đổi tơng đốilớn.Tuy nhiên hình thức tiêu năng phóng xa cũng không hợp lý, vì cần phảilàm mũi phun ở cuối đập, cao trình mũi phun chọn cao hơn mực nớc hạ lumax, nh vậy mũi phun sẽ rất cao Ta nên chọn hình thức tiêu năng đáy

4.5.2 Tính toán cho hình thức tiêu năng đáy

Ta giả thiết các cột nớc tràn ( từ 0 Hmax= 4,40 m), tính lu lợng tràn Qt vớicột nớc và lu lợng đó Ta tính độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp h '

c (theophơng pháp tra bảng của Agơrôtxkin)

Độ sâu hạ lu tìm đợc từ quan hệ Qhạ~Zhạ với lu lợng xả Qt

Lu lợng tính toán tiêu năng là trị số Qt ứng với trị số: (h c ''-h h )max

 Xác định độ sâu phân giới:

Độ rộng kênh hạ lu

Bh=nb + (n-1)dtTrong đó dt: chiều dày mố trụ, lấy dt=1,0 m

s) hk Zh hh

F( c )  c h c  ”c hc" Nhận xét

0,2 15,6 15,0 5 0,2 0,1 5 353, 2 5,2 0,003 2

0,4 44,0 15,2 5 0,5 0,3 0 354, 1 6,1 0,008 9 0,002 0 0,0 3 0,083 9 1,2 8 Chảy

ngập

0,6 80,7 15,4

5 0,9

0,4 4

354,

8 6,8

0,016 1

0,003 8

0,0 6

0,112 1

1,7 3

Chảy ngập

356,

3 8,3

0,042 7

0,009 7

0,1 6

0,181 1

2,9 1

Chảy ngập

358, 7

10, 7

0,118 5

0,030 0

0,5 2

0,303 4

5,2 9

Chảy ngập

359, 4

11, 4

0,152 6

0,037 5

0,6 8

0,332 1

5,9 9

Chảy ngập

4.6 thiết kế tuyến năng lợng.

Trong phần bố trí tổng thể công trình đầu mối ta đã chọn vị trí tuyếnnăng lợng ở phía bờ phải Công trình trên tuyến năng lợng gồm : Cửa nớcvào kênh dẫn, bể áp lực, đờng ống áp lực dẫn nớc vào nhà máy thuỷ điện,kênh dẫn nớc ra khỏi nhà máy

4.6.1 Mặt cắt kênh.

4.6.1.1 Tính toán thủy lực kênh

Kênh dẫn phải đảm bảo lấy với lu lợng là 13,5 m3/s Theo điều kiện địahình , địa chất tuyến kênh chọn hình thức kênh là kênh bê tông cốt thép,mặt cắt chữ nhật, m = 1,5, độ dốc kênh i = 0,0016, độ nhám kênh n = 0,017.Tính toán thuỷ lực kênh theo tiêu chuẩn mặt cắt lợi nhất vềm thủy lực:

Để thiết kế kênh ta đi giả thiết b để tính chiều cao mực nớc trong kênh

hk

424 , 8 4 5 ,

1  0 

m

025 , 0 5

, 13

0016 0 424 , 8 ) (

4

) (

ln

0 ln

Q

i m R

Đỉnh kênh phải bố trí cao hơn mực nớc lớn nhất trong kênh với một trị số

an toàn nhất định Độ vợt cao của đỉnh bờ kênh trên mực nớc cao nhất đợctính theo công thức : d= hs+e

Trong đó : hs là chiều cao do sóng trên mực nớc tĩnh Do không

có

tài liệu về gió cho nên ta chọn hs=0,5(m)

e là độ vợt cao an toàn , lấy e = 0,5 m

Mực nớc lớn nhất trong kênh phụ thuộc vào hình thức kênh điều tiết haykhông điều tiết Với chiều dài tuyến kênh dài nên kênh đợc chọn là kênhkhông điều tiết, do đó mực nớc lớn nhất trong kênh chính là mực nớc trongkênh khi kênh tải với lu lợng QTK

Cao trình đỉnh bờ kênh ở đầu kênh đợc xác định nh sau: đ

Đ

đ

Đ=đk đáy +hk +d.

Trong đó :

đk đáy là cao trình đáy đầu kênh:

Cao trình đỉnh bờ kênh ở cuối kênh đợc xác định nh sau: c

Theo tài liệu tính toán thủy năng thì cống lấy nớc phải đảm bảo:

là b x h= 3,0 x 2,5 (m)

 Xác định cao trình đáy đầu kênh đk

đáy đk đáy =MNC- h - h.

o Tổn thất cửa vào

Do cửa vào thuận nên cv = 0,2Sơ bộ lấy vận tốc dòng nớc vào cống là 1,5 m/s

2







81 , 9 2

5 , 1 2 , 0

vZ

lZcv

h h

l= sin 

3 / 4

Trong đó:

 : là góc nghiêng đặt lới, lấy  = 700S: Chiều dày thanh thép, sơ bộ lấy S= 1,4 cm

t: kích thớc các cạnh của mắt lới, lấy t =8 cm

: hệ số phụ thuộc vào hình dạnh của thanh lới Chọn dạng thanh lới là thanh thẳng nên = 2,42

3 / 4 70 sin 8

4 , 1

5 , 1 22 ,

2

.

5 , 1 2 , 0

a: hệ số phụ thuộc vào góc ngoặt sơ bộ chọn  (m) (m)nên a= 1,24R(Sổ tay thủy lực)

90: hệ số sức cản khi ngoặt 90o

90=0,124 + 3,1

5 , 3

b: bề rộng của cống, sơ bộ lấy b = 3,0 mR: bán kính của đoạn ngoặt, sơ bộ lấy R= 14m

90=0,124 + 3,1

5 , 3 14

0 , 3

5 , 1 17 , 0

b g

Q

h k n cr

2

- ) ( 2

2 2

n: hệ số lu tốc (trờng hợp chảy ngập) Ta có cửa vào thuận tachọn m = 0,36.Từ m = 0,36 tra bảng (14-3 BTTL) ta có n = 0,983

Vb: lu tốc bình quân trong bể tiêu năng