1.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1. Điều kiện tự nhiên Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình, những dải đồi có chiều cao trung bình trải dài theo hướng BắcNam. Tuyến sống khá thẳng chảy theo hướng Nam Đông Nam – Bắc Tây Bắc. Đầu nguồn sông chảy trong lòng dẫn tương đối rộng với 2 bên bờ sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi đi qua dải đồi, vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 2530m. Về phía hạ lưu lòng sông mở rộng dần. Lập bản đồ khi vực xây dựng công trình với tỉ lệ 1:1000, độ chênh cao giữa đường đồng mức chính 10m. Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 110m, thấp nhất là 0m, đáy sông ở cao trình 5m. 1.1.2. Điều kiện khí tượng thủy văn a) Khí hậu lưu vực Các tài liệu về mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió... được thống kê theo các số liệu đã đo được trong nhiều năm tại các trạm khí tượng thuỷ văn xung quanh khu vực công trình. Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác và công tác thi công công trình. b) Dòng chảy Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyến công trình. Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ tại các trạm thuỷ văn đặt trong lưu vực sông, bằng phương pháp tính toán quy đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định được đường quá trình lũ với các tần suất khác nhau. Bằng phương pháp điều tiết lũ, các giá trị lưu lượng tính toán và lưu lượng kiểm tra qua công trình tháo lũ được xác định: • Qtt =1944 m3s • Qkt = 2973 m3s Vận tốc dòng chảy trong lòng sông luôn nhỏ hơn vận tốc cho phép chống xói tại các mực nước khác nhau.
Trang 1CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ
1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
1.1.1 Điều kiện tự nhiên
Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình, những dải đồi có chiều caotrung bình trải dài theo hướng Bắc-Nam
Tuyến sống khá thẳng chảy theo hướng Nam Đông Nam – Bắc Tây Bắc Đầu nguồn sôngchảy trong lòng dẫn tương đối rộng với 2 bên bờ sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi điqua dải đồi, vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 25-30m Về phía hạ lưulòng sông mở rộng dần
Lập bản đồ khi vực xây dựng công trình với tỉ lệ 1:1000, độ chênh cao giữa đường đồngmức chính 10m Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 110m, thấp nhất là 0m, đáysông ở cao trình -5m
1.1.2 Điều kiện khí tượng thủy văn
a) Khí hậu lưu vực
Các tài liệu về mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió được thống kê theo các sốliệu đã đo được trong nhiều năm tại các trạm khí tượng thuỷ văn xung quanh khu vựccông trình Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác và côngtác thi công công trình
b) Dòng chảy
Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô hìnhTANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyến côngtrình
Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ tại các trạm thuỷ văn đặt trong lưu vực sông, bằng phươngpháp tính toán quy đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định được đường quátrình lũ với các tần suất khác nhau
Bằng phương pháp điều tiết lũ, các giá trị lưu lượng tính toán và lưu lượng kiểm tra quacông trình tháo lũ được xác định:
• Qtt =1944 m3/s
• Qkt = 2973 m3/s Vận tốc dòng chảy trong lòng sông luôn nhỏ hơn vận tốc cho phép chống xói tại các mựcnước khác nhau
c) Quan hệ lưu lượng – mực nước hạ lưu
Tại hạ lưu tuyến công trình, quan hệ lưu lượng với mực nước được xây dựng theo côngthức thủy lực chảy trong lòng sông thiên nhiên dựa trên các số liệu về mặt cắt ngang longsông, cắt dọc sông và điều tra lũ
Bảng giá trị mực nước hạ lưu ứng với các lưu lượng tính toán
Lưu lượng
tt
Trang 2(m s3/ ) 1944 2973
Mực nước (m)
1.1.3 Điều kiện địa chất
Dựa trên cơ sở khảo sát, thăm dò toàn bộ khu vực xây dựng công trình và các số liệu thuđược của kết quả thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công trình bao gồm 3lớp đất đá phân bố khá đồng đều:
• Lớp 1: lớp cát vừa với chiều dày 0.5m Trong trường hợp ta có thể bóclớp 1 đi và đặt công trình lên lớp thứ 2 (phong hoá)
• Lớp 2: lớp phong hoá dày 15m dọc theo tuyến công trình xuất hiện mộtvài khe nứt co chiều sâu nứt khoảng từ 2-5m Khi xây dựng công trìnhcần có biện pháp sử lý các khe nứt này bằng khoan phun xi măng gia cốnền và chống thấm Địa chất nền đất thích hợp cho các loại đập dângnước vật liệu địa phương
• Lớp 3: lớp sét hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm cho nền tốt nhưngcác chỉ tiêu cơ học là bé nên kém ổn định chống trượt
1.2 NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH
Hệ thống công trình đầu mối có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp nguồn nước phân phối lợiích giữa các ngành, phân phối chi phí cho các ngành hợp lý trên cơ sở nâng cao hiệu quả
sử dụng nguồn nước đến mức cao nhất
Dự án xây dựng công trình này chủ yếu là trữ nước cung cấp nước tưới cho một vùngnông nghiệp phía hạ lưu công trình, ngoài ra công trình còn có thể kết hợp thực hiện cácnhiệm vụ sau: dọc theo tuyến công trình xuất hiện một vài khe nứt co chiều sâu nứtkhoảng từ 2-5m Khi xây dựng công trình cần có biện pháp sử lý các khe nứt này bằngkhoan phun xi măng gia cố nền và chống thấm
• Phát điện
• Nuôi trồng thuỷ sản, du lịch, cải tạo môi trường
CHƯƠNG 2 CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH
2.1 CHỌN TUYẾN
Trong việc thiết kế và xây dựng cụm công trình đầu mối, vấn đề chọn tuyến đóng vai tròhết sức quan trọng ảnh hưởng quyết định đến kết cấu và cách bố trí các công trình trongcụm đầu mối, ảnh hưởng đến điều kiện thi công quản lý, khai thác, đến hiệu ích của dự
án công trình và cuối cùng đến giá thành của dự án Tuyến của hệ thống công trình đầumối trên sông trong đồ án này trên đó bố trí các công trình cơ bản của hệ thống như đậpdâng nước, công trình tháo lũ, công trình lấy nước
2.1.1 Nguyên tắc chọn tuyến
Trang 3• Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến tại vùng có thung lũng hẹp để cókhối lượng nhỏ nhưng cần phải đủ chỗ để bố trí các công trình cơ bản.
• Theo điều kiện địa chất, tuyến công trình nên có địa chất phù hợp vớitừng loại công trình để đảm bảo sự ổn định của toàn bộ công trình (lún,trượt, độ bền), phải đảm bảo yêu cầu chống thấm tốt ở nền và quanh bờ
• Theo điều kiện thi công, tại vùng tuyến cần có đủ mặt bằng bố trí cáccông trình phụ trợ phục vụ cho công tác xây dựng công trình chính
• Đảm bảo dẫn dòng thi công thuận lợi
• Gần vị trí có sẵn các mỏ vật liệu đáp ứng các yêu cầu xây dựng
• Theo điều kiện vận hành: điều kiện vận hành thuận tiện, chi phí vậnhành nhỏ nhất
• Theo điều kiện môi trường, di dân tái định cư: giảm thiểu tối đa mứcngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn được các giá trị văn hoá
• Có hiệu quả tổng hợp cao
2.1.2 Chọn tuyến xây dựng công trình.
Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt ở chỗ hẹp nhất vào khoảng 129.27m, nếu bố trí tuyến
ở đây chiều dài tuyến khoảng 455m Tuyến áp lực có thể chọn tại vị trí tựa vào hai bờ, cóchiều dài tuyến nhỏ, vẫn đủ bố trí các công trình trong đầu mối và tiện dẫn dòng thi công.Phía thượng và hạ lưu của tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc bố trí các côngtrình phụ trợ cho quá trình thi công
2.2 BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH
2.2.1 Nguyên tắc chung về bố trí công trình
• Yêu cầu về quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình trong hệ thống phải thoảmãn những điều kiện làm việc của mình đồng thời không làm ảnh hưởngđến các công trình khác Khi bố trí cần chú ý đến điều kiện thuỷ lựcdòng vào, dòng ra tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi, tháo phùsa… của các loại công trình, nhất là đối với đập tràn, nhà máy thuỷ điện,công trình lấy nước…
• Điều kiện kỹ thuật: Công trình thiết kế phải đảm bảo ổn định, độ bền,kích thước công trình tháo đảm bảo đáp ứng được yêu cầu về khả năngtháo, nối tiếp thượng hạ lưu, chế độ làm việc, vận hành bình thường
• Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải ít nhất, hiệu quảđầu tư cao nhất Bố trí công trình phải tận dụng được vật liệu, lao động,tài nguyên khác Như vậy cần tận dụng vật liệu địa phương, ứng dụngloại kết cấu mới khi xây dựng công công trình
• Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu và cách bố trí công trìnhcần tiện lợi cho việc tổ chức thi công trong một thời gian ngắn nhất ởđây cần đặc biệt lưu ý đến những phương pháp dẫn dòng thi công thuận
Trang 4lợi Chú ý lợi dụng những công trình phục vụ cho thi công như đê quai,đường hầm… làm công trình cơ bản của hệ thống
• Những điều kiện khác: Ngoài những yêu cầu và điều kiện trên khi bố trícông trình cần chú ý đến điều kiện về mỹ thuật, kiến trúc tạo cảnh quanđẹp hài hoà Cần chú ý các biện pháp công trình sao cho khi hư hỏng cóthể quan sát và sửa chữa được
2.2.2 Bố trí công trình
Trên cơ sở phân tích các số liệu ban đầu về bình đồ khu vực xây dựng, điều kiện địa chất,điều kiện thi công sơ bộ có thể bố trí công trình như sau
• Đập dâng nước bằng vật liệu địa phương được bố trí trên toàn tuyến
• Công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ có thể bố trí hai bê bờ, songkhu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nước nên bố trí công trìnhtháo lũ bên bờ phải là hợp lý hơn cả Tuyến đường tràn được xác địnhdựa vào các yếu tố thuỷ lực và độ dốc cho phép đối với đường tràn trênnền đất
• Công trình lấy nước bố trí trong thân đập, nối tiếp sau là hệ thống kênhdẫn nước chạy dọc theo bờ sông
• Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) có thể bố trí cảhai bên bờ phía hạ lưu
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG
3.1 CHỌN LOẠI ĐẬP DÂNG NƯỚC
Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng và tương đối thoải rất thuận lợicho việc thi công và xây dựng công trình đập dâng nước bằng VLĐP Hơn nữa, địa chấtnền công trình có lớp 2 là lớp phong hoá dày 15m, kế tiếp là lớp sét nên việc xây dựngđập dâng bằng BTTL là không khả thi, vậy chỉ phù hợp các loại đập dâng VLĐP
Đập dâng nước là đập VLĐP, căn cứ vào địa chất nền các phương án chọn loại đập được
đề xuất:
• Đập cuội sỏi, đá thải có lớp chống thấm
• Đập đá đổ có lớp chống thấm
a) Đập cuội sỏi, đá thái có lớp chống thấm
Ưu nhược điểm nổi bật của việc lựa chọn đập cuội sỏi, đá thái:
• Ưu điểm:
• Tận dụng được nguồn vật liệu khá nhiều tại mỏ vật liệu số 2 (cuội sỏi)
và nguồn vật liệu rẻ tiền (đất, đá thải)
• Đối với đập thấp kết cấu đập dạng này là rất thích hợp
Trang 53.2 XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH
Cấp công trình là một chỉ số rất quan trọng quyết định rất lớn đến kích thước, giá thànhcông trình Cấp công trình được xác định dựa vào các yếu tố sau:
• Loại đập, chiều cao đập, nền đập
• Năng lực của công trình (diện tích tưới)
Trang 63.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ĐẬP DÂNG
3.3.1 Tính toán các thông số sóng và xác định cao trình đỉnh đập
a) Số liệu ban đầu dùng trong tính toán
MNKT 45.8m Hệ số mái dốc thượng lưu m1 2
MNC 21.5m Kiểu gia cố mái dốc thượng lưu Đá lát khan
T 21600s Góc hướng gió với trục đập a 00
d lun
a Đường mực nước hồ dềnh do
Trang 7(3-3)1
• ∆ ∆ h h1, 2 : Độ dềnh mực nước do gió ứng với MNDBT và MNKT
• hs11, hs12 : Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT và MNKT
• a1, a2 : Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT và MNKT
c) Xác định độ dềnh mặt nước do gió ∆ h
Độ dềnh mực nước do gió được xác dịnh theo công thức:
6 22.10 W
cos
D h
∆ =
(3-5)Lần lượt thay số vào ta có:
• ∆ = h1 0.038 m trường hợp MNDBT
• ∆ = h2 0.0218 m trường hợp MNKT
d) Xác định chiều cao sóng leo (hsl) theo quy phạm
Xác định các thông số về sóng khu nước sâu cho hai trường hợp: MNDBT và MNKT
(3-6)
2 2
1
3 2
Trang 8• K1, K2: Hệ số phụ thuộc vào độ nhám vật liệu gia cố mái tra theo bảng
• K3: Hệ số phụ thuộc tốc độ gió w và hệ số mái dốc thượng lưu m tra theobảng
• K4: Hệ số phụ thuộc độ dốc sóng, lấy theo đồ thị
hi%: chiều cao sóng tính toán ứng với tần suất i% tính theo công thức:
%
• Trường hợp tính sóng leo lấy i=1%
• Ki% Được tra theo đồ thị hình ứng với đường cong 1%
e) Xác định độ vượt cao an toàn
Công trình thuộc cấp III Theo bảng 4.1 14TCN-157-2005 ta có độ vượt cao an toàn:
Trang 9Độ vượt cao an toàn a (m) 1.2 0.3
Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập được ghi trong bảng sau:
(Tính cho cả hai trường hợp)
Lựa chọn hình dạng, kích thước và hình thức gia cố mặt đập phải dựa trên các yêu cầu:
về điều kiện làm việc; đảm bảo điều kiện ổn định của đập, yêu cầu giao thông., yêu cầu
về thi công Trong trường hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng khi có chiếntranh xảy ra
• Theo yêu cầu cấu tạo và điều kiện thi công thì chiều rộng nhỏ nhấtcủa mặt đập theo công thức:
Bmin = 0,1.Hđ = 0,1*63 = 6.3m (3-12)
• Hđ: chiều cao đập Hđ = CTDĐ-CTĐS=54.5-(-5)=59.5m
• Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vàokích thước của những máy thi công cùng phạm vi hoạt động của nó,nghĩa là chiều rộng mặt đập phải đảm bảo cho các máy móc sử dụngtrong quá trình thi công đập và các công trình khác trong hệ thốngđược dễ dàng Chiều rộng đỉnh đập tối thiểu Bmin=5m
• Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng đỉnh trong khoảng10-12m
Từ các yêu cầu trên ta chọn chiều rộng mặt đập là giá trị B ta chọn B=10m Mặt đập được
sử dụng làm đường giao thông phục vụ cho giao thông nên trên mặt đường dải một lớp
bê tông atphalt Để nước ở mặt đập (do mưa) có thể dễ dàng chảy xuống, mặt đập cầnlàm dốc về hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựng những trụlan can bằng cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe và người đi lại
3.3.3 Thiết kế hình dạng mái dốc và kích thước cơ đập
(Tính cho cả 2 trường hợp)
a) Mái dốc
Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trong mọi trường hợp khai thác cũngnhư thi công Mái dốc thượng lưu thường xuyên chịu tác dụng của áp lực nước, áp lựcsóng, sự giảm đột ngột mực nước, áp lực va đập của vật nổi Mặt khác các đặc trưng vậtliệu: góc ma sát trong j, lực dính đơn vị C bị giảm do đất bão hoà nước tại gần như toàn
Trang 10bộ khu mái dốc thượng lưu, vì vậy mái dốc thượng lưu thường được chọn thoải hơn sovới mái dốc hạ lưu.
Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào những yếu tố như: loại đập, chiều cao đập, các lựctác dụng, đặc tính của đất xây dựng đập, đặc tính của nền, điều kiện thi công, điều kiệnkhai thác và dựa vào kinh nghiệm những đập đã xây dựng và làm việc tốt với cùng mộtđiều kiện về chiều cao, loại đập và địa chất nền
Đối với đập dâng của công trình là đập đồng chất, vật liệu đắp đập bằng đá đổ ta chọn hệ
3.3.4 Kết cấu chống thấm trong đập đá đổ
Chiều dày tối thiểu của tường lõi không được nhỏ hơn 3m Chiều rộng ở đáy không nênnhỏ hơn ¼ chiều cao cột nước đối với tường lõi, chiều dày của tường lõi còn phải thỏamãn điều kiện độ bền chống thấm theo biểu thức:
[ ]cp
Z J
δ ≥
- Trong thực tế, thường xác định chiều dày đỉnh sau đó vẽ 1 mái dốc thườngm=0.2-0.5 kéo dài xướng tới đáy, sau đó kiểm tra lại bằng điều kiện δ
Chọn chiều dày tường đỉnh là 8m
• Chọn mái dốc của VCT là 0.4, với chiều cao tường đỉnh là 50.8m thì t cóchiều dày tường đáy là 51m
Kiểm tra:
[ ]cp 43 0.95 8.42
Z
TM J
Đỉnh tường lõi sau khi đạt độ lún cuối cùng phải cao hơn mực nước dâng bình thường có
kể sóng leo và độ dềnh do gió nhưng không được thấp hơn mực nước lũ thiết kế cộng vớichiều cao an toàn Chiều cao an toàn là chiều cao từ mực nước lũ thiết kế của hồ chứa tớiđỉnh tường chống thấm Đối với công trình cấp 3, VCT là tường lõi thì theo TC 14TCN-157-2005 ta có chiều cao an toàn là 0.4m Như vậy đỉnh tường lõi nằm ở cao trình50.85m
Trang 113.3.5 Tính toán thiết kế tầng lọc ngược
• Tầng lọc ngược (TLN) là những lớp quá độ nối tiếp tầng đất hạt nhỏđược bảo vệ với tầng đất hạt lơn Nhiệm vụ chủ yếu của nó là ngănhiện tượng sói ngầm trong đất hạt nhỏ cần được bảo vệ với tầng đấthạt lơn, ngoài ra tham gia nhiệm vụ gia tải chống hiện tượng đùnđất
• Do hạn chế trong đồ án môn học ta chọn tầng lọc ngược theo cấutạo và không tính toán chi tiết đường kính hạt từng lớp: Tầng lọcngược gồm 2 lớp được bố trí ở khu vực chuyển tiếp giữa lớp gia cốthượng lưu và lớp chuyển giao giữa VCT với thân đập:
• Lớp sỏi đệm t=1m
• Lớp cát chuyển tiếp t=1m
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THẤM VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI
ĐẬP4.1 TÍNH TOÁN THẤM
Do có sự chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu đập, nên sẽ xuất hiện dòng chảy quathân đập và nền đập qua các lỗ rỗng giữa các hạt đất, dòng chảy đó được gọi là dòngthấm Sự xuất hiện của dòng thấm qua đập gây nên tổn thất lưu lượng cũng như về tínhbền vững của công trình Do đó trong thiết kế và xây dựng đập đất, việc đánh giá thấm làmột khâu quan trọng và không thể thiếu được Tính thấm qua thân đập nhằm giải quyếtcác vấn đề sau đây:
• Xác định lưu lượng thấm qua thân đập, nền và bờ để đánh giá tổnthất nước trong tính toán cân bằng nước hồ chứa
• Xác định đường bão hoà để bố trí vật liệu trong thân đập và đánhgiá ổn định mái dốc
• Xác định Gradient thấm để tính toán xói ngầm chung và xói ngầmcục bộ tại những vùng nguy hiểm như ở đáy công trình hoặc nhữngnơi dòng thấm vào vật thoát nước hay ra hạ lưu
4.1.1 Các trường hợp tính toán thấm
Trong tính toán thấm ta cần tính thấm cho các trường hợp sau:
• Thượng lưu là MNDBT và hạ lưu là MN thấp nhất
• Thượng lưu là MNGC và hạ lưu là MN cao nhất
• Thượng lưu từ MNDBT giảm xuống MNC và hạ lưu có MN thấpnhất