dẫn dòng thi công và công tác hố móng

1.1. Vị trí và nhiệm vụ công trình 1.1.1. Vị trí công trình Công trình đầu mối hệ thống thủy lợi TL được xây dựng trên suối TC, thuộc xã X, huyện H, cách thị xã T 20 km về phía Bắc. 1.1.2. Nhiệm vụ công trình Công trình có các nhiệm vụ chính như sau: Cung cấp nước tưới cho nông nghiệp Phát điện Cung cấp nước cho sinh hoạt cho và công nghiệp Lòng hồ kết hợp nuôi trồng thủy sản; Cải tạo môi trường và du lịch

CHƯƠNG 1 TÀI LIỆU CHO TRƯỚC

1.1 Vị trí và nhiệm vụ công trình

1.1.1 Vị trí công trình

Công trình đầu mối hệ thống thủy lợi TL được xây dựng trên suối TC, thuộc xã X,

huyện H, cách thị xã T 20 km về phía Bắc

1.1.2 Nhiệm vụ công trình

Công trình có các nhiệm vụ chính như sau:

- Cung cấp nước tưới cho nông nghiệp

- Phát điện

- Cung cấp nước cho sinh hoạt cho và công nghiệp

- Lòng hồ kết hợp nuôi trồng thủy sản;

- Cải tạo môi trường và du lịch

1.2 Quy mô công trình

Công trình gồm các hạng mục: Đập đất, cống lấy nước, tràn xả lũ Các thông số của các công trình ứng với từng số đề cho trong phụ lục

Bảng 1 Tài liệu tính toán

Bảng 2 Thông số cống lấy nước

Kí hiệu cống Lưu lượng thiết kế

QTK (m3/s)

Hình dạng

Đường kính D (m)

Cao độ đầu cống ∇đc (m)

Độ dốc đáy cống (i)

Bảng 3 Thông số tràn xả lũ

Kí hiệu

tràn

Lưu lượng

xả Qx

(m3/s)

Loại tràn

Chiều rộng ngưỡng tràn (m)

Cao trình ngưỡng tràn ∇nt (m)

Độ dốc dốc nước (i)

1.3 Thời gian thi công

Công trình được xây dựng trong khoảng 3 năm kể từ ngày khởi công.

1.4 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng công trình

1.4.1 Điều kiện địa hình

Suối TC chảy qua vùng đồi thấp, đỉnh hình tròn, hai bên lòng suối có thềm rộng,

thuận tiện cho việc thi công

1.4.2 Đặc trưng khí tượng, thủy văn

Khu vực xây dựng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Mùa mưa từ tháng V đến

tháng X, mùa khô từ tháng XI đến tháng IV

1.4.3 Các đặc trưng thủy văn và các yếu tố dòng chảy vùng công trình đầu mối

Hồ TL dự kiến xây dựng trên Suối TC Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập đo

được 16,6 km2

Lưu lượng thiết kế mùa lũ và mùa kiệt theo số liệu bảng 3

Quan hệ Q~Zh ở hạ lưu tuyến đập theo số liệu bảng 4

Bảng 4: Quan hệ Q~Zh hạ lưu

Công trình 1

1.4.4 Động đất

Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 7.

1.5 Nguồn vật liệu xây dựng

1.5.1 Vật liệu đất

Mỏ 1 nằm phía vị trí đập tràn, cách tuyến đập 400m, gồm chủ yếu là lớp đất sét và

có lớp á sét từ trung đến nặng có lẫn dăm sạn xen kẹp, lớp này có lúc ở dưới, ở giữa và

ở trên lớp đất sét Bề dày khai thác tương đối đồng đều 2÷2,5m

Mỏ 2 nằm ở thượng lưu tuyến đập, cách tuyến đập 500m gồm các loại đất: á sét, sét, bề dày trung bình 2,8m

Mỏ 3 nằm ở sau vai trái tuyến đập Mỏ này chủ yếu là đất sét, bề dày trung bình 2,5m cách tuyến đập 800m

Mỏ 4 nằm phía thượng lưu tuyến đập, cách tuyến đập khoảng 1500m, bề dày

khoảng 2,4m, gồm đất sét, á sét

Bốn mỏ đất gồm hai loại nguồn gốc chính là Eluvi và Deluvi Đất ở bốn mỏ này có dung trọng tự nhiên khô tnk = 1,6T/m3 , đều dùng để đắp đập được

1.5.2 Cát, đá, sỏi

Dùng đá vôi ở mỏ Bache, đá ở đó rất tốt dùng trong các công trường xây dựng Mỏ này cách tuyến đập 6 ÷7km

Vì sỏi ít nên dùng đá dăm ở mỏ Bache để đổ bê tông, cát phân bố dọc sông Đà dùng làm cốt liệu rất tốt, cự ly vận chuyển khoảng 5 ÷10km

1.5.3 Giao thông vận tải

Công trình nằm ở huyện H cách quốc lộ khoảng 12km Đường đến công trình thuận

tiện cho việc vận chuyển thiết bị thi công và vật liệu xây dựng

1.6 Điều kiện dân sinh kinh tế

Theo phương hướng quy hoạch đây là một huyện có dân số không nhiều nhưng lại

có nhiều dân tộc khác nhau Cuộc sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp, điều kiện sinh hoạt thấp kém

1.7 Khả năng cung cấp điện nước

1.7.1 Cung cấp điện

Cách công trình có đường dây cao thế 35KV chạy qua thuận tiện cho việc sử dụng

điện cho công trường

1.7.2 Cung cấp nước

Nước dùng cho sản xuất được đảm bảo cả về số lượng lẫn chất lượng nhờ việc sử

dụng nguồn nước lấy từ các sông, suối

Nước cho sinh hoạt cần xử lý bảo đảm vệ sinh cho người dùng

1.8 Điều kiện thi công

- Công trình đầu mối thủy lợi do Công ty M đảm nhận thi công

- Vật tư thiết bị cung cấp đến chân công trình theo đúng tiến độ

- Máy móc đảm bảo cho việc thi công

- Nhà thầu có khả năng tự huy động vốn đáp ứng nhu cầu thi công

- Thời gian thi công 3 năm

1.9.1 Thuyết minh

- Nêu phương án dẫn dòng từng thời đoạn trong các năm thi công Cách chọn lưu lượng và tần suất thiết kế dẫn dòng

- Tính thủy lực cho phương án dẫn dòng đã chọn (với từng thời kỳ) Từ đó tính được các mốc khống chế đắp đập

- Tính toán khối lượng đào móng đập đất?

1.9.2 Bản vẽ

- Mặt bằng thiết kế của công trình,

- Mặt bằng của 1 thời kỳ (do giáo viên phân công);

- Mặt cắt dọc đập (dự kiến các đợt đắp đập vượt lũ theo tính thủy lực)

- Mặt cắt ngang đập

CHƯƠNG 2 Phương án dẫn dòng

2.1 Đắp đê quai ngăn dòng một đợt

Ta tiến hành ngăn toàn bộ lòng sông và thi công công trình Tháo nước bằng các công trình tạm hoặc lâu dài như: máng, cống ngầm, kênh, tuynen, tràn tạm…

2.2 Đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt

Phổ biến là tiến hành trong 2 đợt:

Đợt 1: Tiến hành đắp đê quai và dẫn dòng bằng lòng sông thu hẹp Thi công một phần công trình và công trình dẫn dòng cho đợt sau

Đợt 2: Chặn toàn bộ dòng sông và dẫn dòng bằng các công trình dẫn đã tiến hành trong đợt 1 như: cống ngầm, tuynen, khe răng lược, lỗ xả sâu, tràn tạm… và tiến hành hoàn thiện nốt công trình

2.3 Đề xuất các phương án dẫn dòng thi công

2.3.1 Phương án 1

Năm Thi

Công

Thời đoạn dẫn

dòng

Công trình dẫn dòng

Lưu lượng dẫn dòng

Tổ chức thi công

1

Mùa khô từ

1/11 đến 30/4

Lòng sông tự nhiên

3,8 -Chuẩn bị nguyên vật liệu,kho

bãi,đường thi công các công tác chuẩn bị cho thi công

- thi công cống ngầm dẫn dòng

- thi công một phần vai phải đập và cống lấy nước

Mùa lũ từ 1/5 Lòng sông 118,4 - thi công tiếp phần vai phải

đến 31/10 thu hẹp đập đến cao trình thiết kế +93

m

- mở móng Thi công tràn chính

2

Mùa khô từ

1/11 đến 30/4

Cống ngầm 3,8 - đắp đê quay ngăn phần lòng

sông

- thi công phần lòng sông đến cao trình vượt lũ + 86

Mùa lũ từ 1/5

đến 31/10

Lòng sông thu hẹp

118,4 - thi công tiếp phần lòng sông

đến cao trình thiết kế +93m -thi công tràn chính

3

Mùa khô từ

1/11 đến 30/4

Cống ngầm 3,8 - thi công vai trái đập

- thi công tràn chính

- cuối mùa khô ta phải xong tràn chính và hoành triệt cống dẫn dòng để tích nước

Mùa lũ từ 1/5

đến 31/10

Tràn chính 118,4 - hoàn thiện phần còn lại

- bàn giao công trình

2.3.2 Phương án 2

Năm Thi

Công

Thời đoạn dẫn

dòng

Công trình dẫn dòng

Lưu lượng dẫn dòng

Tổ chức thi công

1

Mùa khô từ

1/11 đến 30/4

Lòng sông tự nhiên

3,8 - chuẩn bị nguyên vật liệu,

kho bãi, đường thi công các công tác chuẩn bị cho thi công

- thi công tuynel dẫn dòng

- thi công phần vai phải đập Mùa lũ từ 1/5

đến 31/10

Lòng sông thu hẹp

118,4 - thi công tiếp phần vai phải

đập lên cao trình thiết kế +93 m

- mở móng Thi công tràn chính

2

Mùa khô từ

1/11 đến 30/4

tuynel dẫn dòng

3,8 - đắp đê quay ngăn phần lòng

sông

- thi công phần lòng sông lên cao trình vượt lũ +86 m Mùa lũ từ 1/5

đến 31/10

Lòng sông thu hẹp

118,4 - tiếp tục thi công một phần

đập lên cao trình thiết kế +93

- thi công tràn chính

3

Mùa khô từ

1/11 đến 30/4

Tuynel dẫn dòng

3,8 - thi công vai trái đập

- thi công tràn chính

- cuối mùa khô ta phải xong tràn chính

Mùa lũ từ 1/5

đến 31/10

Tràn chính 118,4 - hoàn thiện phần còn lại

- bàn giao công trình

2.4 So sánh và lựa chọn phương án dẫn dòng.

2.4.1 Nguyên tắc của việc lựa chọn phương án dẫn dòng

- Thời gian thi công ngắn nhất

- Phí tổn về dẫn dòng và giá thành công trình rẻ nhất

- Thi công được liên tục, an toàn và chất lượng cao

- Đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp đến mức cao nhất

2.4.2 Phương án dẫn dòng thứ nhất

a) Ưu điểm

- Khối lượng công trình tạm ít tốn kém

- Cường độ thi công đồng đều, đảm bảo vượt lũ chắc chắn

-Trình tự và tiến độ thi công là hợp lý, nhịp nhàng

- Thời gian hoàn thành theo dự kiến

- Kỹ thuật thi công công trình tạm dễ dàng

b) Nhược điểm:

- Phải đắp đê quai hạ lưu 1 lần

- Phải đắp đê quai thượng lưu hai lần

- Phải xử lý thấm ở nơi tiếp giáp giữa đập và cống

2.4.3 Phương án dẫn dòng thứ hai

2.4.4 Ưu điểm:

- Khối lượng công trình tạm ít tốn kém

- Cường độ thi công đồng đều, đảm bảo vượt lũ chắc chắn

-Trình tự và tiến độ thi công là hợp lý, nhịp nhàng

- Thời gian hoàn thành theo dự kiến.

2.4.5 Nhược điểm:

- Phải đắp đê quai hạ lưu 1 lần

- Phải đắp đê quai thượng lưu hai lần

-Thi công tuynel phức tạp, tốn kém trong quá trình gia cố vỏ tuynel

2.4.6 Kết luận chọn phương án dẫn dòng

-So sánh về mặt kinh tế phương án 2 tốn kém hơn vì khi thi công tốn kém trong quá trình gia cố vỏ tuynel

- So sánh về mặt kĩ thuật phương án 2 cũng phức tạp hơn phương án 1, vì thi công tuynel khá phức tạp

- Vậy ta chọn phương án 1 là phương án dẫn dòng thi công công trình

2.4.7 Chọn tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng

Theo TCXDVN 285 - 2002 Tần suất thiết khi dẫn dòng là P= 10%

2.4.8 Lưu lượng thiết kế dẫn dòng

Với tần suất thiết kế dẫn dòng đã chọn ở trên, theo tài liệu tính toán ta chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng

Mùa khô: DD

TK

Q = 3,8 m3/s Mùa lũ : DD

TK

Q = 118,4 m3/s

CHƯƠNG 3 Tính toán thuỷ lực dẫn dòng

3.1 Tính toán thuỷ lực qua lòng sông thu hẹp mùa khô năm xây dựng thứ 1

3.1.1 Mục đích

Xác định quan hệ Q~ZTL khi dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp

Xác định cao trình đê quay thượng và hạ lưu

Xác định cao trình đắp đập chống lũ cuối mùa khô

Kiểm tra điều kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy

3.1.2 Nội dung tính toán

+Xác định Qtk:

Tính toán với Qtk của mùa lũ nên Qtk = 118,8 (m3/s)

Căn cứ vào lưu lượng dẫn dòng về mùa lũ và quan hệ Q~Zhl ta xác định được:

Zhl =+79,1 (m)

Độ chênh lệch mực nước thượng lưu và hà lưu là: ΔZ

Diện tích mặt cắt ướt lòng sông là: ω2

Diện tích đê quai và hố móng chiếm chỗ là: ω1

Bảng 3-1:quan hệ ztl ~ω2 và ztl ~ω1

Khi dòng chảy bị co hẹp do đê quai chiếm chỗ Tại mặt cắt co hẹp ngay tại điểm đầu đê quai có sự thay đổi đột ngột về mực nước (giảm xuống) và lưu tốc dòng chảy (tăng nên)

Do đắp đê quai ngăn dòng về 1 phía nên hệ số co hẹp ε = 0,95

Ta chọn đê quai bằng đất nên hệ số mái đê phải: m ≥ 2 ( Chọn m=2,5)

Xác định cao trình mực nước thượng lưu bằng phương pháp thử dần như sau: Giả thiết: ΔZgt =?

Suy ra cao trình mực nước thượng lưu:

2(m )

1 (m )

ω

ZTL = ZHL + ΔZ

Từ mặt cắt dọc tuyến công trình ứng với mỗi cao trình mực nước thượng lưu ta tính được một giá trị ω2 và ω1

Từ đây tính được lưu tốc tại 2 mặt cắt thượng lưu và lòng sông co hẹp

Vo =

ω2

% 10

QP

dd (m/s) và: Vc =

) 1 2

% 10

( ω ω

ε −

QP

dd (m/s)

Từ hai giá trị Vo và Vc ta tính được giá trị ΔZ:

g

V

2 2

2 2

2

−

ϕ (m)

ϕ hệ số lưu tốc vì đê quay hình thang nên ϕ =0,8-0,85 lấy ϕ =0,8.

So sánh với giá trị ΔZ giả thiết ban đầu đến độ chính xác 5% thì coi là bài toán hội

tụ Giá trị ZTL được coi là đạt yêu cầu

Ta lập bảng tính toán với Qtk = 118,8 (m3/s)

ΔZgt (m) ZHL (m) ZTL (m) ω2(m2) ω1(m2) Vo (m/s) Vc (m/s) ΔZ(m)

Vì ΔZgt và ΔZ lệch nhau không quá 5% nên kết quả này có thế chấp nhận đc

Vậy cao trình mực nước thượng lưu là : +83.15 (m)

3.1.3 Ứng dụng kết quả tính toán :

Xác định cao trình đắp đập vượt lũ:

ZVL=ZTL+δ = 83,15 + 0,6 = +83,75 (m) Với: (δ = 0,5÷0,7m)

Để đảm bảo an toàn vượt lũ và cường độ đắp đập cân đối giữa các đợt, ta chọn cao trình đắp đập vượt lũ mùa khô năm thi công thứ 2 là ZVL= +85 (m)

3.2 Tính toán thủy lực qua cống tạm:

3.2.1 Nội dung tính toán

- Trình tự tính toán:

+ Giả thiết lưu lượng dẫn dòng: Q = 3,6 m3/s

+ Chọn số liệu cống hình vuông:

+ b =1 m

+ a=1 m

+ D=1 m

+ i=0,001

+ n=0,014

+ chọn chiều dài cống: L = 15 m

+ chọn cao trình đáy cống : Zđáycống = +79 m,

+ Xác định chế độ chảy của cống ngầm

Giả thiết εgt1 =0,63

- Độ sâu mặt cắt co hẹp: hc = ε a = 0,63.1 = 0,63 m

- Giả thiết cống chảy bán áp

H = hc + ( b h Q g

c

ba 2

ϕ )2 = 0,63 + ( 0,85.1.0,63 2.9,8

6 , 3

)2 = 3.01(m) Với ϕba= 0,85 ÷0,9 chọn ϕba=0,85

Độ sâu phân giới: yc = ( )1/3 = ( 2

2 1 8 , 9

6 , 3

)1/3 = 1,08 (m)

Ta có

5/3 2/3

0

(2 )

0,014.(2 2 )

ho

+

Giải thử dần ta có y0 =1,76 m > yc= 1,13 m

S0 < Sc

y0 > yc và yc > d nên ta đi tính lk =

0

( )c ( )c

E y E h

−

−

E(yc) = yc +

3,8

Q

m

E(hc) = hc +

3,8

Q

m

0,63 1,13

0,88( )

c c

h y

2

h

R = 0,88 0,32

2,76

A

⇒

2 2

0,88.0,32 h

n Q

S

A R

1,71 2, 49

49,68( ) 0,001 0,0167

k

− > l ⇒ chảy bán áp.

Vậy giả thiết cống chảy bán áp là đúng

Kiểm tra ε : ta có =

92 , 2

1

= 0,34 Tra bảng 16-1trang 129 giáo trình bài tập thủy lực ta có:

ε = 0,627 ≠ εgt1 = 0,63

- Giả thiêt tiếp: εgt2 = 0,627

- Độ sâu mặt cắt co hẹp: hc = ε a = 0,627.1 = 0,627 m

H = 0,627 +(

8 , 9 2 627 , 0 1 9 , 0

8 , 3

)2 = 2,94 m

Kiểm tra : = 2,194 = 0,34

Tra bảng 16-1trang 129 giáo trình bài tập thủy lực ta có:

ε = 0,627 = εgt2 = 0,627

Vậy ta có H = 2,94 m

Suy ra:

Ztl = Zđc + H = 79 + 2,94 = +81,94 m

3.2.2 Ứng dụng kết quả tính toán:

+ Xác định cao trình đắp đê quai thượng lưu:

Zđqtl = 81,94 + 0,7 =+82,64 m Với a=(0,5 – 0,7) m

3.3 Đê quay

3.3.1 Tuyến đê quay

a) Đê quai thượng lưu

Kích thước mặt cắt đê quai

b = 3 m

m = 2,5

Cao trình đỉnh:

ZĐQTL = ZTL + a = 81,94 + 0,7 =+82,64 m Với a=(0,5 – 0,7) m

b) Đê quai hạ lưu

Kích thước mặt cắt đê quai

b = 3 m

m = 2,5

Cao trình đỉnh:

ZĐQHL = ZHL + a’ = 79,1+0,5 =+79,6 m Với a’= 0,5 m

3.3.2 Tính khối lượng đê quai