ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 1: Phân tích số liệu ban đầu và nhiệm vụ thiết kế 1.1.Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Điều kiện địa hình lưu vực sông Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình, những dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hướng Tây Đông. Tuyến sông khá thẳng chảy theo hướng Nam ĐôngBắc. Đầu nguồn sông chảy trong lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi đi qua dải đồi, vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 2530m, hai bên bờ tại khu vực này có độ dốc trung bình khoảng 1:3. Về phía hạ lưu lòng sông mở rộng dần, địa hình tương đối thoải. Lập bản đồ khu vực xây dựng công trình với tỉ lệ 1:1000, độ chênh cao giữa các đường đồng mức chính 5m. Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 40m, thấp nhất là 5m, đáy sông ở cao trình 15m. 1.1.2.Điều kiện khí tượng thuỷ 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:

S LI U BAN Đ U Ố Ệ Ầ

+ Đồ án được giao đề số: 67

+ Địa hình: Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000

(Bình đồ số: 67)

+ Địa chất:

Tờn l p n nớ ề Lo i n nạ ề Chi u dày(m)ề

+ Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập:

Lo iạ

n nề

Đường thành

ph n h tầ ạ K Δ ɣtn

N

ỉtn Ctn R n E

Dh tạ P% cm/s T/m3 T/m3 Độ T/m2

104x T/m 2

106x T/m2

10-10

2,4ữ

2,6

1,8ữ

2,3

0,10ữ

0,22

52ữ

57

140ữ

143 0,47 2,51

+ Đặc trng hồ chứa:

Các mực nớc thiết kế và lu lợng thiết kế:

MNDB

+ Đờng quan hệ giữa lu lợng và mực nớc hạ lu:

Q(m3/s) 19 197 592 1650 2691 4016 6592 13021

+ Tài li u gió :ệ

Trường h pợ M c nự ước dõng bỡnh thường M c nự ước ki m traể

V n t c gió ( m/s)ậ ố WP%=28,4 W50%=21,35

Chơng 1:

Phân tích số liệu ban đầu và nhiệm vụ thiết kế

1.1.Điều kiện tự nhiên

1.1.1 Điều kiện địa hình lu vực sông

Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình, những dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hớng Tây - Đông

Tuyến sông khá thẳng chảy theo hớng Nam - Đông Bắc Đầu nguồn sông chảy trong lòng dẫn tơng đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi đi qua dải đồi, vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 25-30m, hai bên bờ tại khu vực này có độ dốc trung bình khoảng 1:3 Về phía hạ lu lòng sông mở rộng dần, địa hình tơng đối thoải Lập bản đồ khu vực xây dựng công trình với tỉ lệ 1:1000, độ chênh cao giữa các đờng đồng mức chính 5m Đờng đồng mức cao nhất trong khu vực là 40m, thấp nhất là 5m, đáy sông ở cao trình -15m

1.1.2.Điều kiện khí tợng thuỷ văn

A,Khí hậu lu vực

Các tài liệu về ma, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió đợc thống kê theo các số liệu đã đo đợc trong nhiều năm tại các trạm khí tợng thuỷ văn xung quanh khu vực công trình Nhìn chung, khí hậu lu vực

t-ơng đối thuận lợi cho việc khai thác và công tác thi công công trình

B,Dòng chảy

Dòng chảy vào hồ chứa đợc xác định bằng mô hình tất định ma – 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 lu vực sông, bằng phơng pháp tính toán quy

đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định đợc đờng quá trình lũ với các tần suất khác nhau

Bằng phơng pháp điều tiết lũ, các giá trị lu lợng tính toán và lu lợng kiểm tra qua công trình tháo lũ đợc xác định:

+ Qtt =2646 m3/s

+ Qkt = 3695 m3/s

Vận tốc dòng chảy trong lòng sông luôn nhỏ hơn vận tốc cho phép chống xói tại các mực nớc khác nhau

C, Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu

Tại hạ lưu tuyến cụng trỡnh, quan hệ lưu lượng với mực nước được xõy dựng theo cụng thức thủy lực chảy trong lũng sụng thiờn nhiờn dựa trờn cỏc số liệu mặt cắt :

Bảng giỏ trị mực nước hạ lưu ứng với cỏc lưu lượng tớnh toỏn

L u lư ượng (m3/s)

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 thu đợc của kết quả thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công trình bao gồm 3 lớp đất đá phân bố khá đồng

đều:

+ Lớp 1: lớp sỏi sạn với chiều dày 0.6m, hệ số thấm của lớp này là rất lớn vậy nếu đặt công trình nên lớp này đòi hỏi phải có các biện pháp chống thấm bằng chân khay hoặc tờng răng Trong trờng hợp khác ta có thể bóc lớp 1 đi và đặt công trình lên lớp thứ 2 (đỏ cỏt kết, cuội kết)

+ Lớp 2: lớp đỏ cỏt kết, cuội kết dày 14m hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm cho nền tốt nhng các chỉ tiêu cơ học là ứ lớn nên ổn định chống trợt t tố Địa chất nền đất thích hợp cho các loại đập dâng nớc vật liệu

địa phơng

+ Lớp 3: lớp đá diorit, đỏ cú độ bền cơ học cao, hệ số thấm nhỏ

1.1.4 Vật liệu xây dựng

Qua khảo sát trữ lợng vật liệu quanh vùng xây dựng công trình

1.2 Nhiệm vụ cụng trỡnh

Hệ thống công trình đầu mối có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp nguồn

n-ớc phân phối lợi ích giữa các ngành, phân phối chi phí cho các ngành hợp

lý trên cơ sở nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nớc đến mức cao nhất

Dự án xây dựng công trình này chủ yếu là trữ nớc cung cấp nớc tới cho một vùng nông nghiệp phía hạ lu công trình, ngoài ra công trình còn

có thể kết hợp thực hiện các nhiệm vụ sau:

+ Phát điện

+ Nuôi trồng thuỷ sản, du lịch, cải tạo môi trờng

Chơng 2:

Chọn tuyến và bố trớ cụng trỡnh

2.1 Chọn tuyến

Trong việc thiết kế và xây dựng cụm công trình đầu mối, vấn đề chọn tuyến đóng vai trò hết sức quan trọng ảnh hởng quyết định đến kết cấu và cách bố trí các công trình trong cụm đầu mối, ảnh hởng 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 đầu mối trên sông trong đồ án này trên đó bố trí các công trình cơ bản của hệ thống nh đập dâng nớc, công trình tháo lũ, công trình lấy nớc

2.1.1 Nguyên tắc chọn tuyến

+ Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến tại vùng có thung lũng hẹp để có khối lợng nhỏ nhng 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 với từng loại công trình để đảm bảo sự ổn định của toàn bộ công

trình (lún, trợt, 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 các công 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 vận hành nhỏ nhất

+ Theo điều kiện môi trờng, di dân tái định c: giảm thiểu tối đa mức ngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn đợc 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 86.7m, nếu bố trí tuyến ở đây chiều dài tuyến khoảng 430m (hình 2-1) Tuyến áp lực có thể chọn tại vị trí tựa vào hai bờ, có chiều dài tuyến nhỏ, vẫn đủ bố trí các công trình trong đầu mối và tiện dẫn dòng thi công Phía thợng và hạ lu của tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc

bố trí các công trình phụ trợ cho quá trình thi công

Hỡnh 2-1 Mặt cắt ngang tuyến đập 2.2 Bố trí công trình

+ Yêu cầu về quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình trong hệ thống

phải thoả mãn những điều kiện làm việc của mình đồng thời không

làm ảnh hởng đến các công trình khác Khi bố trí cần chú ý đến điều kiện thuỷ lực dòng vào, dòng ra tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi, tháo phù sa… của các loại công trình, nhất là đối với đập tràn, nhà máy thuỷ điện, công trình lấy nớc…

+ Điều kiện kỹ thuật: Công trình thiết kế phải đảm bảo ổn

định, độ bền, kích thớc công trình tháo đảm bảo đáp ứng đợc yêu cầu

về khả năng tháo, nối tiếp thợng hạ lu, chế độ làm việc, vận hành bình thờng

+ Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải ít

nhất, hiệu quả đầu t cao nhất Bố trí công trình phải tận dụng đợc vật

liệu, lao động, tài nguyên khác Nh vậy cần tận dụng vật liệu địa

ph-ơng, ứng dụng loại kết cấu mới khi xây dựng công công trình

+ Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu và cách bố

trí công trình cần tiện lợi cho việc tổ chức thi công trong một thời gian

ngắn nhất ở đây cần đặc biệt lu ý đến những phơng pháp dẫn dòng thi công thuận lợi Chú ý lợi dụng những công trình phục vụ cho thi công

nh đê quai, đờng hầm… làm công trình cơ bản của hệ thống

+ Những điều kiện khác: Ngoài những yêu cầu và điều kiện

trên khi bố trí công trình cần chú ý đến điều kiện về mỹ thuật, kiến

trúc tạo cảnh quan đẹp hài hoà Cần chú ý các biện pháp công trình sao cho khi h hỏng có thể quan sát và sửa chữa đợc

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 nh sau: (hình 2-1)

+ Đập dâng nớc bằng vật liệu địa phơng đợc bố trí trên toàn tuyến

+ Công trình tháo lũ dạng đờng tràn tháo lũ có thể bố trí hai

bê bờ, song khu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nớc nên bố trí công trình tháo lũ bên bờ phải là hợp lý hơn cả Tuyến đờng tràn đợc xác

định dựa vào các yếu tố thuỷ lực và độ dốc cho phép đối với đờng tràn trên nền đất

+ Công trình lấy nớc bố trí trong thân đập, nối tiếp sau là hệ thống kênh dẫn nớc chạy dọc theo bờ sông

+ Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) có thể

bố trí cả hai bên bờ phía hạ lu

Chương 3

Thiết kế đập dõng nước

3.1 Chọn loại đập dâng nớc

Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng và tơng

đối thoải rất thuận lợi cho việc thi công và xây dựng công trình đập dâng nớc bằng VLĐP Hơn nữa, địa chất nền công trình có lớp 1 là lớp á

sét dày 50m kế tiếp nên việc xây dựng đập dâng bằng BTTL là không khả thi, vậy chỉ phù hợp các loại đập dâng VLĐP

Đập dâng nớc là đập VLĐP, căn cứ vào địa chất nền phơng án chọn loại đập đợc đề xuất: + Đ p đỏ đ có v t ch ng th m.ậ ổ ậ ố ấ

3.2 Xác định cấp công trình

Cấp công trình là một chỉ số rất quan trọng quyết định rất lớn đến kích thớc, giá thành công trình Cấp công trình đợc xác định dựa vào các yếu tố sau:

+Loại đập, chiều cao đập, nền đập

+Năng lực của công trình (diện tích tới)

+Dung tích hồ chứa

Do không có diện tích tới nên ta xác định cấp công trình theo yếu tố: loại đập, chiều cao đập, loại nền

Cao trình đỉnh đập sơ bộ đợc xác định theo công thức:

• Cao trỡnh ĐĐ = MNTL + D Trong đú: + D : Độ vượt cao trỡnh đỉnh đập so với MNTL Để xỏc định cấp cụng trỡnh theo chiều cao đập sơ bộ cú thể lấy D = 2m

+MNTL = MNKT = 56,7m

Ta cú: Cao trỡnh ĐĐ = 56,7 + 2= 58,7m

Chiều cao đập lớn nhất trong trường hợp đập trờn lớp nền 1

Hmax = Cao trỡnh ĐĐ – CTĐS = 58,7–(- 15)= 73,7(m)

Nền đập là nền đỏ và chiều cao 73,7m nờn cấp cụng trỡnh là cấp III

3.3 Thiết kế mặt cắt ngang đập dâng

Theo chơng 1, ta thiết kế đập dâng nớc theo hai trờng hợp:

+Trờng hợp đập đặt trên lớp đất 1 (Đập đồng chất chân khay)

+Trờng hợp đập đặt trên lớp đất 2 (bóc toàn bộ lớp đất 1)

Khi tính toán một số yếu tố ta phải xét riêng cho hai trờng hợp

3.3.1 Tớnh toỏn cỏc thụng số súng và xỏc định cao trỡnh đỉnh đập(tớnh toỏn cho cả 2 trường hợp)

A, Số liệu ban đầu dùng trong tính toán

MNKT 56,7 hệ số mái dốc thượng lưu M1 3

MNC 28 Kiểu gia cố mái dốc thượng lưu đá látkhan

T 21600s Góc hướng gió với trục đập 0o

Mực nước thượng lưu MNDBT= 54m MNKT= 56,7

Cột nước trước đập H(m) H1= 69m H2= 71,7m

Vận tốc gió W W= 28,4m/s W= 21,35m/s

B, Xác đinh cao trình đỉnh đập:

+ Cao trình ĐĐ = MNTL + D

+ D = ΔH + HSL + A

Ta tính cho 2 trường hợp :

+ Cao trình ĐĐ1 = MNDBT + D1 ; D1 = ΔH1 + HSL1 +A1

+ Cao trình ĐĐ2 = MNKT + D2 ; D2 = ΔH2 + HSL2 + A2

Trong đó: + ΔH1 , ΔH2: Độ dâng mức nước do gió ứng với MNDBT và MNKT

+ HSL1, HSL2 : Chiều cao súng leo ứng với MNDBT và MNKT

+ A1 , A2 : Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT và MNKT

So sánh 2 trờng hợp tính toán cao trình đỉnh đập chọn giá trị lớn nhất làm cao trình thiết kế đập

C, Xỏc đ nh đ dõng m t n ị ộ ặ ướ c do giú H Δ

6 2 2.10 W

os

D

∆ =

L n lầ ượt thay s vào ta có:ố

+ HΔ 1 = 0,0013m trường h p MNDBTợ

+ HΔ 2 = 0.0074m trường h p MNKTợ

D, Xỏc đ nh chi u cao súng leo( H ị ề SL) theo quy ph m ạ

Xỏc đinh cỏc thụng s v sóng khu nố ề ước sõu cho 2 trường h p : MNDBT và MNKTợ

2 2

1

3 2

1 6.10

w

h

B

2 2

3

1 1, 04.10

w

h

B

⇒ =h min 1,19;3, 41{ } B1.19

Trong đú : + W : Võn tốc giú (m/s)

+ D : Đà giú(m)

+ T : Thời gian phát triển gió T=6h.

2 2

gτ λ π

=

0,625 2

w 19,5

w

g h g

τ =  ÷

 

So sánh chọn lấy giá trị h,λ nhỏ trong

2 TH

Chiều cao sóng leo lên mái dốc có tần suất i% được tính theo công thức sau:

HSL = K1 K2 K3 K4 Hi%

Trong đó: + K1 ,K2 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám vật liệu gia cố mái

+ K3 : Hệ số phụ thuộc tốc độ gió W và hệ số mái dốc thượng lưu

+ K4 : Hệ số phụ thuộc độ dốc sóng

+ 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 ứng với đường cong 1%

Bảng kết quả tra , tính các hệ số và chiều cao sóng leo:

E, Xác định độ vượt cao an toàn

Công trình thuộc cấp III Ta có độ vượt cao an toàn:

Trường hợp tính toán MNDBT= 54 MNKT= 56,7

Độ vượt cao an toàn A(m) 0,7 0,2

Kết quả tớnh toỏn cao trỡnh đỉnh đập được ghi trong bảng sau:

Trường hợp tớnh toỏn MNDBT= 54 MNKT= 56,7

Cao trỡnh đỉnh đập (m) 29,06 29,24

Cao trình đỉnh đập sẽ là max trong 2 giá trị trên Tăng thêm

độ an toàn cho đập ta chọn cao trình đỉnh đập là 30m

3.3.2 Thiết kế mặt đập (Tính cho cả hai trờng hợp)

Lựa chọn hình dạng, kích thớc 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 trờng hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng khi có chiến tranh xảy ra + Theo yêu cầu cấu tạo và điều kiện thi công thì chiều rộng nhỏ nhất của mặt đập theo công thức:

Bmin = 0,1 HD = 0,1.32 = 3,2m

• HD : Chi u cao đ p Hề ậ D = CTĐĐ – CTĐS = 30 – (-2) = 32m

• Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thớc 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 dụng trong quá trình thi công

đập và các công trình khác trong hệ thống đợc dễ dàng Chiều rộng

đỉnh đập tối thiểu Bmin=3,2m

• Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng mặt đập tuỳ theo yêu cầu giao thông đi qua mặt đập Khu vực xây dựng công trình là mạch nối giữa hai bờ sông với mật

độ giao thông khá cao, vì vậy mặt đập ở đây đợc thiết

kế dạng đờng cấp III

Từ các yêu cầu trên ta chọn chiều rộng mặt đập là giá trị Bmin nên ta chọn

B =7m Mặt đập đợc sử dụng làm đờng giao thông phục vụ cho giao thông nên trên mặt đờng dải một lớp bê tông atphalt Để nớc ở mặt đập (do ma) có thể dễ dàng chảy xuống, mặt đập cần làm dốc về hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựng những trụ lan can bằng cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe và ngời đi lại

3.3.3 Thiết kế hình dạng mái dốc và kích thớc cơ đập (Tính cho cả

hai trờng hợp)

a) Mái dốc

Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trong mọi trờng hợp khai thác cũng nh thi công Mái dốc thợng lu thờng xuyên chịu tác dụng của áp lực nớc, áp lực sóng, sự giảm đột ngột mực nớc, áp lực va

đập của vật nổi Mặt khác các đặc trng vật liệu: góc ma sát trong j, lực dính đơn vị C bị giảm do đất bão hoà nớc tại gần nh toàn bộ khu mái dốc thợng lu, vì vậy mái dốc thợng lu thờng đợc chọn thoải hơn so với mái dốc hạ lu

Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào những yếu tố nh: loại đập, chiều cao đập, các lực tác dụng, đặc tính của đất xây dựng đập,

đặc tính của nền, điều kiện thi công, điều kiện khai thác và dựa vào kinh nghiệm những đập đã xây dựng và làm việc tốt với cùng một

điều kiện về chiều cao, loại đập và địa chất nền

Đối với đập dâng của công trình là đập đỏ đổ, vật liệu đắp đập bằng đỏ ta chọn hệ số mái dốc:

• Mái thợng lu: m1 = 3 và 3,25

• Mái hạ lu: m2 = 2,75 và 3.0