CHƯƠNG 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 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 5m. Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 240m, thấp nhất là 215m, đáy sông ở cao trình 210m. 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. 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 =2268m3s • Qkt = 3063 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 nguồnsông chảy trong lòng dẫn tương đối rộng với 2 bên bờ sông thấp, lòng sông thu hẹp dầnkhi đi qua dải đồi, vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 25-30m 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 đồngmức chính 5m Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 240m, thấp nhất là 215m,đáy sông ở cao trình 210m
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 vựccông trình Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác và côngtác thi công công trình
Dòng chảy
Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (môhình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyếncông trình
Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ tại các trạm thuỷ văn đặt trong lưu vực sông, bằngphương pháp tính toán quy đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định đượcđường 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 quacông trình tháo lũ được xác định:
• Qtt = 2268m3/s
• Qkt = 3063 m3/s
Trang 2Vận tốc dòng chảy trong lòng sông luôn nhỏ hơn vận tốc cho phép chống xói tại cácmực nước khác nhau.
b) 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 nganglong sông, cắt dọc sông và điều tra lũ
Lưu lượng
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 thô vừa với chiều dày 0.5m Trong trường hợp ta có thể bóc lớp 1 đi và đặtcông trình lên lớp thứ 2 (dăm cuội)
Lớp 2: lớp đá granit dày 30m hệ số thấm lớn nên cần có biện pháp chống thấm
Lớp 3: Lớp đá điorit
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 hiệuquả 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:
Trang 3• 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
• Theo điều kiện thi công, tại vùng tuyến cần có đủ mặt bằng bố trí các công trìnhphụ 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 nhỏnhất
• Theo điều kiện môi trường, di dân tái định cư: giảm thiểu tối đa mức ngập lụt đấtcanh 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,
có chiều dài tuyến nhỏ, vẫn đủ bố trí các công trình trong đầu mối và tiện dẫn dòng thi
Trang 4công Phía thượng và hạ lưu của tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc bố trí cáccông trình 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 thoả mãn những
điều kiện làm việc của mình đồng thời không làm ảnh hưởng đến các công trìnhkhác Khi bố trí cần chú ý đến điều kiện thuỷ lực dòng vào, dòng ra tránh việcxói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi, tháo phù sa… của các loại công trình, nhất là đốivới 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 năng tháo, 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 quả đầu 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 dụng loại kết cấu mới khi xâydựng 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 biệtlưu ý đến những phương pháp dẫn dòng thi công thuận lợi Chú ý lợi dụng nhữngcông trình phục vụ cho thi công như đê quai, đường hầm… làm công trình cơbản 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 hư hỏng có thể quan sát và sửachữa 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 địachất, 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, song khu vực
bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nước nên bố trí công trình tháo lũ bên bờphải là hợp lý hơn cả Tuyến đường tràn được xác định dựa vào các yếu tố thuỷlực và độ dốc cho phép đối với đường tràn trên nền đất
Trang 5• Công trình lấy nước bố trí trong thân đập, nối tiếp sau là hệ thống kênh dẫn nướcchạy dọc theo bờ sông
• Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) có thể bố trí cả hai bên bờphía 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 đá vôi dày 40m, kế tiếp là lớp đá granit 60m nên việc xâydựng đập 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
- Thi công phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết
- Xử lý thoát nước trong thân đập khó khăn, đặc biệt khó khăn như xử lý chốngđộng vật đào hang (chuột, mối)
b) 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:
Trang 6- Tận dụng được nguồn vật liệu khá nhiều tại mỏ vật liệu số 2 (cuội sỏi) và nguồnvật liệu rẻ tiền (đất, đá thải)
- Đối với đập thấp kết cấu đập dạng này là rất thích hợp
và đập á sét đồng chất là hợp lý nhất, phương án được lựa chọn là: “ĐẬP ĐÁ ĐỔ CÓ
CHỐNG THẦM BẰNG TƯỜNG NGHIÊNG SÂN TRƯỚC”.
3.2 XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH
Cấp công trình là một chỉ số rất quan trọng quyết định rất lớn đến kích thước, giáthành công 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 7Theo bảng 2.2 (trang 5, TCXDVN-285-2002) Nền đập là nền đá và chiều cao
là 29.9m nên cấp công trình là cấp III
3.3 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
MNDBT 46m Cao trình đáy sông 20m
MNKT 229.5m Hệ số mái dốc thượng lưu m1 2
MNC 47.9m Kiểu gia cố mái dốc thượng lưu Đá lát khan
T 21600s Góc hướng gió với trục đập a 0
0Mực nước thượng lưu MNDBT=46m MNKT=47.9m
Trang 8d lun
a Đường mực nước hồ dềnh do gió
∆ ∆ : 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:
Trang 9d) 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
g τ λ π
=
0.625 2
w 19,5
w
g h g
Trang 10hsl=K1.K2.K3.K4.hi% (3-10)Trong đó
• 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 theo bảng
• 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:
%.
h K h =
• Trường hợp tính sóng leo lấy i=1%
• Ki% Được tra theo đồ thị hình ứng với đường cong 1%
Hệ số
1
MNDBT (hsl1) 1 0.9 1.5 2.5 2.08 1.65 5.57MNKT (hsl2) 1 0.9 1.1 2.6 2.1 1.23 3.17
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
Trường hợp tính toán MNDBT=46m MNKT=47.9m
Độ vượt cao an toàn a (m) 0.7 0.2
Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập được ghi trong bảng sau:
Trang 11Lựa 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 cóchiến tranh xảy ra
• Theo yêu cầu cấu tạo và điều kiện thi công thì chiều rộng nhỏ nhất của mặt đậptheo công thức:
Bmin = 0,1.Hđ = 0,1*35 = 3.5m (3-12)
• Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thước củanhững máy thi công cùng phạm vi hoạt động của nó, nghĩa là chiều rộng mặt đậpphải đảm bảo cho các máy móc sử dụng trong quá trình thi công đập và các côngtrình khác trong hệ thống được dễ dàng Chiều rộng đỉnh đập tối thiểu Bmin=5m
• Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng đỉnh trong khoảng 10-12m
Từ các yêu cầu trên ta chọn chiều rộng mặt đập là giá trị B ta chọn B=10m Mặt đậpđược sử dụng làm đường giao thông phục vụ cho giao thông nên trên mặt đường dảimột lớp bê tông atphalt Để nước ở mặt đập (do mưa) có thể dễ dàng chảy xuống, mặtđập cần làm dốc về hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựngnhững trụ lan 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)
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
bộ 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
Trang 12Đối với đập dâng của công trình là đập đồng chất, vật liệu đắp đập bằng đá đổ ta chọn
3.3.4 Tính toán gia cố và cấu tạo mái dốc thượng lưu
(Tính cho cả hai trường hợp)
Mục đích chủ yếu của việc gia cố mái dốc thượng lưu là đề phòng xói do sóng gây ra,đồng thời có thể loại trừ được các hiện tượng nguy hiểm khác cho mái dốc như dòngchảy có lưu tốc lớn vào cửa công trình lấy nước, đất sét trong thân đập co nở vì sự thayđổi của nhiệt độ, nước mưa xói mái dốc, rễ cây ăn sâu vào thân đập, động vật đàohang Thông thường khi tính toán lớp gia cố mà đảm bảo được ổn định dưới tác dụngcủa sóng thì đồng thời cũng loại trừ được những nguy hiểm khác, cho nên khi tính toángia cố mái đều dựa trên cơ sở lực tác dụng của sóng
Gia cố mái dốc thượng lưu thường dùng các hình thức:
• Đá đổ
• Đá xây khan
• Tấm bê tông cốt thép
• Bê tông nhựa đường
a) Gia cố mái dốc thượng lưu bằng bê tông
Việc xác định đường kính tính toán của đá khi gia cố mái bằng hình thức đá đổ, sử dụngcông thức của Sankin (công thức 3-1 [67, QP2]):
21
2, 23
( 2)
nc c
(3-Trong đó:
Trang 13A=0.45: Hệ số được lấy với đá đổ
gnc: Dung trọng của nước gnc=1T/m3
gđá: Dung trọng của bê tông gbt=1,95T/m3
H: Chiều cao sóng tính toán h=hi%=1.65m
m: Hệ số mái dốc thượng lưu
b) Gia cố mái hạ lưu
Dưới tác dụng của gió mưa và động vật làm hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưucho nên cần bảo vệ Rải đá dăm hoặc sỏi dày 0,3 m lên toàn bộ mái đập
3.3.5 Kết cấu chống thấm của lớp tường nghiêng sân trước
là biến dạng lún không đều, do đó cần chú ý đến độ chặt của lăng trụ đá bằng cách đầm
kỹ phần lăng trụ đá tiếp giáp với tường nghiêng
• VCT tường nghiêng không phải là đất
Khi sử dụng VCT không bằng đất trong đập đá đổ thì thường dùng phổ biến loại kết cấutường nghiêng đặt trên lớp đệm bằng đá xếp hay đá lát, được thi công kĩ có sự sắp xếp
so le mạch và chèn đá dăm vào các kẽ hở của đá xếp Vật liệu tường nghiêng có thểgồm các loại sau:
• Bê tông và bê tông cốt thép
Trang 14• Bê tông atphan
• Kim loại
• Gỗ
• Chất dẻo
Ở đây ta chọn VCT tường nghiêng với vật liệu là: Đất sét.
b) Thiết kế các thông số của tường nghiêng
Tường nghiêng là á sét có J = 4-6m
Ta có tỉ số H/b= 2-10 => b = 1.8m-9m với b là chiều dày trung bình của tường nghiêng
• Chọn chiều dày tường nghiêng ở đỉnh là: b1 = 2.5m
• Chiều dày tường nghiêng ở đáy đập : b2 = 10m
c) Kết cấu phần sân trước
Các kết cấu chống thấm phần sân trước đập đá đổ được sử dụng để giảm lưu lượngthấm, loại bỏ biến dạng thấm trong nền, hạ thấp đường bão hòa đối với chuyển độngthấm vòng quanh hai đầu của đập Ngoài ra, kết cấu chống thấm nền còn có tác dụngloại trừ những khiếm khuyết của nền không được phát hiện trong giai đoạn điều trakhảo sát địa chất công trình
Loại kết cấu chống thấm ở nền được lựa chọn và xác định căn cứ vào điều kiện địa chấtnền và loại kết cấu chống trong thân đập
Ở đây ta chọn phương pháp bóc bỏ lớp trầm tích mỏng trên bề mặt và sử dụng vật liệu
là á sét Ta chọn kích thước phần sân trước như sau:
• Chiều dài: LS = (3 5)H ÷ = 30 50m ÷
- Với H là độ chênh cột nước trước và sau công trình
Ta chọn Ls = 40m
• Chiều dày lớp sân trước: theo yêu cầu thi công cấu tạo, với đất sét thì ở đầu sân
td≥ 0.5 1m ÷ , ở cuối sân chỗ tiếp giáp với bản đáy tc≥ 1m
Ta chọn td=1m ; tc=1.5m
3.3.6 Tính toán thiết kế tầng lọc ngược
• Tầng lọc ngược (TLN) là những lớp quá độ nối tiếp tầng đất hạt nhỏ được bảo vệvới tầng đất hạt lơn Nhiệm vụ chủ yếu của nó là ngăn hiện tượng sói ngầm trongđất hạt nhỏ cần được bảo vệ với tầng đất hạt lơn, ngoài ra tham gia nhiệm vụ giatải chống hiện tượng đùn đất
• Ở đây ta chọn tầng lọc ngược theo cấu tạo và không tính toán chi tiết đường kínhhạt từng lớp: Tầng lọc ngược gồm 2 lớp được bố trí ở khu vực chuyển tiếp giữalớp gia cố thượng lưu và lớp chuyển giao giữa VCT với thân đập: