Thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ

1. Điều kiện tự nhiên, địa hình, thuỷ văn, khí tượng. Tỉ lệ bản đồ địa hình được quyết định bởi yêu cầu của từng giai đoạn thiết kế. Việc xác định lũ thiết kế ảnh hưởng lớn và trự[r]

GVC-THS PHẠM QUANG THIỀN

Bài giảng

THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VỪA VÀ NHỎ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP, 2014

LỜI NÓI ĐẦU

Lần đầu tiên bài giảng “Thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ” được

xuất bản nhằm đáp ứng yêu cầu học tập của sinh viên ngành Kỹ thuật công trình xây dựng, Khoa cơ điện & công trình - Trường Đại học lâm nghiệp Ngoài ra, cuốn bài giảng này có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật

và sinh viên ngành khác như: Công thôn, giao thông, công trình thủy

Bài giảng “Thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ” gồm 8 chương được

tác giả biên soạn theo đúng đề cương chi tiết của môn học cùng tên đã được hội đồng khoa học khoa và Nhà trường phê duyệt, tháng 6/2014 Với phương châm

“Cơ bản, hiện đại, Việt Nam” tác giả đã thu tập, đúc kết, biên tập mang tính kế thừa có chỉnh lý bổ sung từ các giáo trình và các tài liệu khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến lỉnh vực chuyên môn này

các nhà khoa hoc của trường Đại học Lâm nghiệp và trường Đại học Thủy lợi

Hà Nội

Tác giả xin cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật công trình – Khoa cơ điện & Công trình, Phòng quản lý đào tạo, Thư viện – Trường Đại hoc Lâm nghiệp, đã tạo điều kiện thuận lợi để cuốn bài giảng này được xuất bản

Tác giả đã cố gắng rất nhiều nhưng với thời gian và điều kiện hạn chế nên bài giảng không thể tránh khỏi thiếu sót

Xin được trân trọng đón nhận những ý kiến đóng góp xây dựng của bạn đọc để cuốn bài giảng này được hoàn chỉnh hơn trong lần xuất bản sau Các ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật công trình, Khoa cơ điện và công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp - Hà Nội

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ

CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI

1.1 Các quy định chung đối với dự án đầu tư xây dựng công trình

lợi vừa và nhỏ Quy định chung đối với dự án đầu tư xây dựng các công trình này bao gồm:

- Luật xây dựng (Quốc hội khóa XI thông qua ngày 26/11/2003 có hiệu lực từ ngày 1/7/2004);

- Nghị định số 16/2005/NĐ-CP ngày 7/2/2005 của Chính phủ;

- Nghị định số 112/2006 ngày 29/9/2006 của Chính phủ

Dựa theo các căn cứ trên các cơ quan có thẩm quyền được phép phê duyệt

dự án đầu tư xây dựng như sau:

1.1.1 Phân loại dự án và quản lý nhà nước đối với dự án đầu tư xây dựng công trình

+ Vốn đầu tư phát triển của doanh nghiệp;

+ Các nguồn vốn khác (gồm các quỹ hỗ trợ ở trong nước và quốc tế)

- Việc đầu tư xây dựng công trình phải phù hợp với quy hoạch

- Chủ đầu tư là người sở hữu vốn hoặc là người được giao quản lý và sử dụng vốn đề đầu tư xây dựng công trình

1.1.2 Lập, thẩm định, phê duyệt dự án đầu tư xây dựng công trình

a) Lập báo cáo đầu tư

Báo cáo đầu tư gồm:

- Dùng cho công trình quan trọng nhóm A, để trình Thủ tướng Chính phủ cho phép đầu tư;

- Làm rõ nội dung cần đầu tư;

- Xin phép đầu tư xây dựng công trình

b) Lập dự án đầu tư

- Ngoài công trình chỉ lập báo cáo kinh tế kỹ thuật (báo cáo kinh tế kỹ thuật dùng cho công trình tôn giáo; nâng cấp sửa chữa < 3 tỷ VNĐ, hạ tầng < 7

tỷ VNĐ), nhà ở riêng lẻ của dân, còn lại đều phải lập dự án

- Nội dung có thuyết minh và thiết kế cơ sở:

c) Thẩm định dự án

- Là thẩm định cả nội dung và bản vẽ

- Các công trình nhóm A do Bộ, ngành quản lý; nhóm B, C do các Bộ hoặc địa phương quản lý

- Thời gian thẩm định: Không quá 60 ngày làm việc đối với nhóm A, 30 ngày với nhóm B và 20 ngày với nhóm C

1.2 Nhiệm vụ, nội dung công tác khảo sát và thiết kế công trình đầu mối thuỷ lợi

Sau khi qui hoạch lưu vực và phương án khai thác dòng sông đã được xác định, cần tiến hành khảo sát để chuẩn bị các tài liệu cần thiết phục vụ cho thiết

kế và thi công công trình thuỷ lợi Tuỳ theo tính chất quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân và qui mô của các công trình mà mức độ và qui mô khảo sát thiết kế có khác nhau Tài liệu khảo sát càng đầy đủ và chính xác thì công trình được thiết kế càng phù hợp với thực tế, đảm bảo được điều kiện an toàn và kinh tế

Trong các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn của công trình thuỷ lợi thì các yếu tố chủ yếu nhất là điều kiện địa chất và thuỷ văn

Thực tế xây dựng các công trình cho thấy khi tài liệu địa chất không đủ hoặc thiếu chính xác thì các biện pháp và các kết cấu công trình được thiết kế không thể phù hợp với thực tế, dẫn đến tình trạng quá lãng phí về kinh tế hoặc xảy ra những sự cố hư hỏng nghiêm trọng

Có nhiều công trình do số liệu quan trắc thuỷ văn không đầy đủ đã dẫn đến tình trạng công trình xả lũ được thiết kế không đảm bảo năng lực xả lũ làm cho mực nước hồ dâng lên tràn qua đỉnh đập và gây ra đổ vỡ công trình, ngựơc lại cũng có trường hợp hồ chứa nhiều năm không trữ được đầy nước Bởi vậy, liệt thuỷ văn phục vụ cho tính toán thiết kế cần có trên 20 năm tài liệu, nếu tài liệu không đủ dài thì việc xác định cơn lũ thiết kế phải hết sức thận trọng

+ Nhiệm vụ khảo sát khu vực hồ chứa là tìm hiểu tình hình thấm, ngập lụt, sạt lở bờ hồ và đề ra biện pháp xử lý

+ Nhiệm vụ khảo sát khu vực đập là cung cấp các tài liệu về địa chất nền

và bờ đập, tình hình mất nước ở nền và hai bờ, tình hình vật liệu xây dựng v.v…

Công tác khảo sát bao gồm các nội dung:

1 Điều kiện tự nhiên, địa hình, thuỷ văn, khí tượng

Tỉ lệ bản đồ địa hình được quyết định bởi yêu cầu của từng giai đoạn thiết

kế Ngoài các bản đồ khu vực hồ chứa tỉ lệ 1: 25000 hoặc 1: 50000 ta cần các loại bình đồ tỉ lệ lớn để phục vụ cho việc bố trí và thiết kế công trình; bình đồ lòng hồ thường dùng tỷ lệ 1:10000; bình đồ vị trí các công trình có thể dùng 1: 2000; 1: 1000 hoặc 1: 500; bình đồ khu tưới 1: 10000

Tài liệu thuỷ văn bao gồm các tài liệu về lưu lượng, mực nước, lưu tốc hàm lượng bùn cát của sông Tài liệu thuỷ văn là tài liệu chủ yếu nhất để tính toán thuỷ lợi và thuỷ lực Việc xác định lũ thiết kế ảnh hưởng lớn và trực tiếp đến an toàn các công trình đầu mối Ngoài các tài liệu thuỷ văn chính xác, liệt thuỷ văn đủ dài, chúng ta cần điều tra nghiên cứu một cách đầy đủ đối với điều kiện khí tượng trong vùng để phân tích bổ sung phục vụ cho việc tính toán lũ sát với điều kiện thực tế hơn Các tài liệu khí tượng bao gồm: tình hình nhiệt độ, mưa, bốc hơi, độ ẩm, hướng gió và tốc độ gió

2 Điều kiện địa chất

- Điều tra về cấu tạo địa chất như tình hình phân bố các tầng đất đá, các hiện tượng uốn khúc, đoạn tầng, khe nứt, tầng phong hoá v.v… Tính chất và đặc trưng cấu tạo các tầng đất đá có quan hệ mật thiết đến độ ổn định, lún và tính thấm nước của nền

- Điều tra địa chất tự nhiên bao gồm dốc trượt, động đất, cac tơ v.v… đây

là các tài liệu ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và tình hình mất nước của hồ chứa

- Về địa chất thuỷ văn: tình hình phân bố tầng thấm nước và tầng không thấm nước, hệ số thấm của các tầng đất đá, sự thay đổi mực nước, lưu lượng, lưu tốc và thành phần hoá học của nước ngầm Các tài liệu này phục vụ cho việc

xử lý tiêu nước hố móng trong thời kỳ thi công, xử lý chống thấm và xử lý vật liệu xây dựng chống ăn mòn hoá học

3 Tính chất cơ lý của đất đá

Đây là tài liệu phục vụ cho việc tính toán ổn định của công trình, lún của nền và là cơ sở để có biện pháp xử lý nền một cách thích hợp

4 Về vật liệu xây dựng

Tình hình phân bố, trữ lượng và tính chất cơ lý của các loại vật liệu địa phương phục vụ cho việc xây dựng công trình, trữ lượng và chất lượng của các vật liệu tại chỗ có tính quyết định đến hình thức và kết cấu của đập Tuỳ theo giai đoạn thiết kế mà yêu cầu về tính chính xác của công tác thăm dò vật liệu có khác nhau, càng về sau càng chính xác, tỉ mỉ và cụ thể

Công tác khảo sát và thiết kế phải kết hợp chặt chẽ với nhau, trong mối quan hệ đó khảo sát phải đi trước một bước và công tác khảo sát phải luôn luôn đáp ứng được yêu cầu của thiết kế

Mặc dù sau khi điều tra, khảo sát thí nghiệm, các số liệu đều được chỉnh

lý để làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế, nhưng trong một số trường hợp số liệu đó có thể khác xa với tình hình thực tế; do đó khi thi công phải căn cứ vào kết quả quan trắc hiện trường để sửa đổi lại cho phù hợp

Sau khi qui hoạch lưu vực đã được xác định thì cần phải tiến hành làm luận chứng kinh tế kỹ thuật để có chủ trương đầu tư và cơ sở lập thiết kế cho một cụm hoặc một công trình nào đó Riêng đối với những công trình có vị trí quan trọng quyết định cơ cấu và tốc độ phát triển nền kinh tế quốc dân thì trước khi lập luận chứng kinh tế kỹ thuật phải có dự án đầu tư

Để có căn cứ lập luận chứng kinh tế kỹ thuật, cần tiến hành điều tra, khảo sát, chọn vị trí công trình và tìm hiểu các vấn đề có liên quan đến công trình như: tài nguyên trong vùng bị ngập; nguồn điện; giao thông; môi trường; bảo vệ

di tích văn hoá, lịch sử; quốc phòng v.v… Trong nội dung của luận chứng kinh

tế kỹ thuật cần được làm rõ các vấn đề sau:

1 Về sự cần thiết phải đầu tư: phải xác định được nhu cầu dùng nước của

các ngành kinh tế quốc dân và khả năng cung cấp của công trình

2 Về hình thức đầu tư: cần đánh giá được hiện trạng thuỷ lợi của vùng,

lập các phương án so sánh để chọn phương án hợp lý về hình thức đầu tư như cải tạo, mở rộng hoặc xây dựng mới

3 Về tuyến công trình: định các phương án về vùng tuyến và tiến hành so

sánh kinh tế kỹ thuật các phương án đó trên các mặt:

- Điều kiện tự nhiên và tình hình kinh tế xã hội trong khu vực xây dựng;

- Nguồn cung cấp vật liệu xây dựng, lao động, thiết bị, giao thông vận tải v.v…

- Chi phí về di dân, đền bù, ngập lụt, xử lý nền; bảo vệ tài nguyên, môi trường sinh thái và di tích văn hoá lịch sử

- Sự phù hợp với qui hoạch khu vực của ngành

4 Các giải pháp xây dựng

Giải pháp xây dựng được đưa ra gồm:

- Các biện pháp công trình, các phương án về kết cấu và kích thước chủ yếu của các hạng mục công trình

- Các phương án bố trí mặt bằng

- Các khối lượng xây dựng chủ yếu, các phương án dẫn dòng và tổng tiến

độ thi công

5 Tính toán sơ bộ vốn đầu tư và hiệu quả kinh tế

Công tác thiết kế được tiến hành theo hai bước: thiết kế kỹ thuật và thiết

kế bản vẽ thi công

- Bước thiết kế kỹ thuật có nhiệm vụ xác định chính xác vị trí tuyến đập

và tuyến các công trình khác của cụm công trình đầu mối trong vùng tuyến đã chọn và tiến hành tính toán thiết kế các hạng mục công trình; tính toán khối lượng và lập tổng dự toán Công tác khảo sát trong giai đoạn này phải tiến hành

cụ thể cho từng hạng mục công trình

- Bước thiết kế bản vẽ thi công: tiến hành thiết kế tỉ mỉ các kết cấu công trình, dựa trên tài liệu địa chất chính xác để thiết kế xử lý nền, lập tổng tiến độ thi công, phương pháp thi công, trình tự thi công và dự toán các hạng mục công trình Giai đoạn này có thể gặp một số vấn đề về địa chất chưa đề cập ở giai đoạn trước, do đó cần kịp thời thăm dò bổ sung, trong những trường hợp đặc biệt có thể thay đổi vị trí tuyến đập và vị trí các công trình khác Tuy nhiên cũng phải lưu ý rằng, sau khi luận chứng kinh tế kỹ thuật đã được các cơ quan có thẩm quyền xét duyệt nhưng lại muốn thay đổi vị trí tuyến, qui mô công trình, thì phải làm báo cáo trình lên cấp có thẩm quyền để xem xét lại chủ trương đầu tư

Đối với các công trình có kỹ thuật xây dựng đơn giản chỉ sử dụng thiết kế định hình thì cơ quan xét duyệt luận chứng kinh tế kỹ thuật được quyền quyết định cho thiết kế theo một bước: thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi công

1.3 Lựa chọn vị trí và hình thức đập

Lựa chọn vị trí, hình thức đập là cơ sở chủ yếu để bố trí các công trình đầu mối; đây là công tác quan trọng nhất trong các giai đoạn thiết kế Ở giai đoạn qui hoạch lưu vực, dựa vào yêu cầu lợi dụng tổng hợp nguồn nước kết hợp điều kiện địa hình, người ta chọn ra các vùng tuyến có khả năng xây dựng Trong giai đoạn luận chứng kinh tế kỹ thuật, dựa vào các tài liệu qui hoạch kết

hợp tài liệu địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, nhiệm vụ và qui mô công trình

để tiến hành tính toán so sánh chọn vùng tuyến, hình thức đập cũng như các công trình khác trong cụm công trình đầu mối Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật

và thiết kế bản vẽ thi công, dựa vào các tài liệu khảo sát chính xác để so sánh chọn vị trí tuyến đập và hình thức đập phù hợp với điều kiện khu vực xây dựng

Khi chọn vị trí và hình thức đập phải dựa vào các điều kiện sau:

1 Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn

Điều kiện địa chất tuyến đập có tính quyết định đến việc bố trí cụm các công trình đầu mối, đồng thời cũng là yếu tố quan trọng để chọn hình thức đập Đập có cấp hạng kỹ thuật càng cao và quy mô càng lớn thì yêu cầu về điạ chất nền và bờ càng cao

Nền để xây dựng đập nói chung cần phải đạt yêu cầu về cường độ, ít thấm nước không bị phong hoá, đảm bảo tính chỉnh thể, đồng nhất, không có đoạn tầng Tuy vậy trong thiên nhiên rất khó tìm được loại nền đạt được đầy đủ các yêu cầu về xây dựng, do đó cần phải khảo sát nền một cách kỹ lưỡng để có biện

pháp xử lý thích hợp, đảm bảo yêu cầu xây dựng đối với công trình cụ thể

2 Điều kiện địa hình

Khi xét điều kiện địa hình cần đề cập các mặt: khối lượng đập nhỏ; thuận lợi cho

việc bố trí các công trình khác trong cụm công trình đầu mối; đơn giản trong việc dẫn dòng thi công; nếu đập dùng vật liệu tại chỗ thì phải gần bãi vật liệu; điều kiện giao thông vận chuyển thuận tiện

3 Điều kiện vật liệu xây dựng

Đây là điều kiện quyết định trực tiếp đến việc lựa chọn hình thức đập Nếu trong khu vực xây dựng có vật liệu tại chỗ thì phương án xét đến đầu tiên phải là sử dụng vật liệu tại chỗ để xây dựng đập

4 Điều kiện thi công

Trước tiên cần xét đến việc dẫn dòng thi công thuận tiện, gần vị trí đập ở phía hạ lưu có bãi rộng để bố trí mặt bằng thi công; vị trí đập gần đường giao thông để vận chuyển máy móc, vật liệu)

1.4 Bố trí công trình đầu mối

Bố trí các công trình đầu mối là một công việc quan trọng, ảnh hưởng lớn đến điều kiện kinh tế kỹ thuật của công trình cũng như quá trình thi công và khai thác công trình

1.4.1 Nguyên tắc chung

Khi bố trí công trình phải đề cập nhiều yếu tố nhưng cần tuân thủ theo

một số nguyên tắc chung sau:

1 Yêu cầu khai thác sử dụng

Các công trình làm việc không ảnh hưởng lẫn nhau Đối với những công trình quan trọng việc bố trí phải được kiểm tra trên mô hình thí nghiệm

2 Điều kiện kinh tế kỹ thuật

- Đảm bảo công trình làm việc an toàn, ổn định và thoả mãn tối đa các yêu cầu dùng nước, vốn đầu tư hạ, chi phí khai thác hàng năm thấp

- Đáp ứng được sự phát triển trong tương lai về nhu cầu điện, tưới, giao thông và cung cấp nước của khu vực

3 Điều kiện thi công

Cần đảm bảo dẫn dòng thi công được thuận tiện; gần vị trí đập có bãi thi công rộng, dễ bố trí đường thi công

4 yêu cầu mỹ thuật

Khi bố trí, thiết kế công trình đầu mối ngoài các yêu cầu về kỹ thuật kinh

tế, thi công, sử dụng thì cần chú ý đến yêu cầu về mặt mỹ thuật, đặc biệt là đối với những công trình lớn và những công trình nằm gần các trung tâm du lịch

1.4.2 Yêu cầu chung về bố trí các công trình đầu mối

1 Công trình đập

Việc chọn vị trí tuyến phải đảm bảo khối lượng đập nhỏ, dẫn dòng và bố trí thi công thuận lợi Trong thực tế có nhiều trường hợp tuyến đập ngắn, khối lượng đập nhỏ nhưng do điều kiện dẫn dòng và bố trí thi công không cho phép

mà người ta phải chuyển đập đến một vị trí khác thích hợp hơn Do đó việc chọn

vị trí tuyến đập là công việc quan trọng có ý nghĩa thực tiển cả về kinh tế và kỹ thuật

Đối với đập không tràn nước, tuyến đập thường bố trí thẳng, chỉ trong những điều kiện địa hình, địa chất không cho phép lúc đó mới bố trí theo tuyến cong hoặc gãy khúc Trên mặt bằng phải bố trí sao cho không xuất hiện dòng chảy song song với tuyến đập khi tràn làm việc Đây là yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với đập đất, vì dòng chảy này có thể gây xói mái đập Nếu phải bố trí đập theo tuyến cong hoặc gãy khúc thì mái đập phải được gia cố bền vững

Đối với đập tràn nước, việc bố trí phải không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của trạm thủy điện, âu thuyền, công trình lấy nước; cửa

vào thuận, cửa ra tốt nhất là cùng hướng với lòng sông cũ, không làm ảnh hưởng đến an toàn của đập Đập tràn có thể bố trí ở lòng sông hoặc ở bờ sông, khi đập dâng nước là đập bê tông thì một phần đập dâng nước kết hợp làm đập tràn và lúc đó vị trí tràn nên đặt ở lòng sông, còn khi đập dâng nước là đập vật liệu địa phương thì đập tràn thường được đặt ở một eo núi gần vị trí đập (nếu có)

2 Trạm thủy điện

Yêu cầu đối với trạm thủy điện là cửa vào phải thuận, cột nước tổn thất nhỏ nhất Hạ lưu đảm bảo mực nước không bị giao động nhiều, ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc bình thường hoặc làm giảm công suất của nhà máy

Nhà máy nên bố trí ở phía có đường giao thông để tiện cho việc vận chuyển khi lắp đặt các máy và thiết bị Nên bố trí nhà máy khác phía với tràn xả lũ; nếu vì điều kiện nào đó phải bố trí sát với tràn xả lũ thì cần có biện pháp chống ảnh hưởng của dòng nước khi tràn xả lũ làm việc

Khi chiều dài tuyến đập không đủ để bố trí đập tràn và trạm thủy điện thì có thể xét chọn kiểu nhà máy trong đập hoặc kiểu tràn trên đỉnh nhà máy thủy điện

3 Công trình lấy nước tưới

Trường hợp nhiệm vụ chính của hồ là phát điện thì công trình lấy nước tưới có thể bố trí như sau: nếu mực nước hạ lưu trạm thủy điện có thể đủ để tưới

tự chảy thì làm công trình dẫn nước từ kênh xả trạm thủy điện đến khu tưới; nếu mực nước hạ lưu trạm thủy điện thấp thì có thể tưới bằng các trạm bơm đặt trên kênh xả của trạm thủy điện hoặc có thể làm thêm công trình lấy nước trực tiếp từ

hồ Tuy nhiên trong trường hợp này dung tích của hồ phải đảm bảo lớn hơn dung tích cần cho phát điện Việc chọn phương án thiết kế phải qua tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật

Trường hợp nhiệm vụ chính của hồ là tưới, phát điện chỉ kết hợp thì công trình lấy nước là cống dưới đập Cống này thường đặt phía bờ có khu tưới nhằm tránh công trình giao nhau giữa lòng sông và kênh tưới Cao trình đặt cống thường dưới mực nước chết và trên cao trình bồi lắng của bùn cát trong hồ chứa

4 Công trình vận tải thủy

Để đảm bảo giao thông thủy giữa hạ lưu và thượng lưu công trình, cần bố trí âu thuyền Âu thuyền thường được bố trí cách xa trạm thủy điện một khoảng cách nhất định hoặc bố trí ở hai phía bờ khác nhau Cửa vào âu phải bố trí sao cho không xuất hiện dòng chảy ngang, có chỗ cho thuyền đỗ, chờ trước khi vào

âu thuyền và chỗ tránh của thuyền khi có sóng gió ở trong hồ Tuy nhiên, cần chú ý đảm bảo thuyền bè ra vào âu thuyền được an toàn khi xả lũ

5 Công trình chuyển gỗ

Công trình vận chuyển gỗ thường được bố trí cách xa nhà máy thủy điện

để không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của nhà máy Bè gỗ được thả tự do nên hạ lưu cần có đoạn sông thẳng

6 Công trình chuyển cá

Ở một số con sông có những loại cá hàng năm theo mùa di chuyển chỗ ở

từ thượng lưu về hạ lưu và ngược lại Để các loại cá đó không bị diệt chủng cần thiết phải xây dựng ở khu đầu mối một công trình cho cá đi (công trình chuyển cá) Công trình này cần có nước chảy thường xuyên nên thường được bố trí cạnh nhà máy thủy điện

7 Công trình giao thông

Khi có đường sắt hoặc đường bộ đi qua, việc bố trí đường sắt, đường bộ, cầu đường sắt, cầu đường bộ phải theo qui định kỹ thuật của ngành giao thông

Ngoài ra, khi bố trí công trình đầu mối cần xét đến vị trí của khu quản lý,

định tới việc bố trí các công trình đầu mối, nhưng nếu bố trí hợp lý sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý khai thác, phát huy tốt hiệu ích của công trình

1.4.3 Bố trí công trình đầu mối thủy lợi

Công trình đầu mối có tác dụng hình thành hồ điều tiết năm hoặc nhiều năm, thường được xây dựng ở các đoạn sông trung du, miền núi Ở đây đập thường cao và là công trình chủ yếu quyết định khối lượng, giá thành của cả khu đầu mối nên phải được xây trên nền đá tốt Đập vật liệu địa phương có thể được xây trên nền không phải đá, nhưng nền cần được xử lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Đối với đầu mối có đập làm bằng vật liệu tại chỗ, trừ đập ra các công trình khác thường bố trí ở bờ Tràn xả lũ thường bố trí ở bờ thoải hoặc eo núi gần đập; cửa ra của tràn xả lũ cần đặt cách chân đập một khoảng nhất định để tránh gây xói lở đập

Đối với đầu mối có đập bê tông trọng lực, đập tràn được đặt ở vị trí giữa dòng sông, còn hai bên là các đoạn đập không tràn Nhà máy thủy điện thường đặt sau đập hoặc trong đập

Hình 1-1 là thí dụ về cách bố trí một cụm đầu mối có cột nước cao bao gồm: công trình đập dâng 1, nhà máy thủy điện 2, đập tràn 3 Đập dâng nước là

đập bê tông trong lực, phần đập tràn bố trí ở bờ sông bên trái, phần đập không tràn ở bờ phải được bố trí trên một tuyến cong để phù hợp với điều kiện địa chất

và địa hình Nhà máy thuỷ điện bố trí ở chỗ lòng sông sâu nhất, như vậy sẽ giảm được khối lượng đào

1 2

3 1

Hình 1-1: Mặt bằng khu đầu mối có cột nước cao

1 - đập không tràn; 2 - đập tràn; 3 - nhà máy thuỷ điện

thường được xây dựng ở trung du và hạ lưu của các con sông Đập ngăn sông tương đối thấp và thường là đập tràn bằng bê tông có hoặc không có cửa van khống chế Công trình lấy nước và âu thuyền bố trí riêng ở hai bờ để tiện lợi cho việc lấy nước và thuyền bè ra vào âu Nhà máy thủy điện bố trí cách âu thuyền một đoạn đảm bảo cho việc quản lý khai thác công trình được dễ dàng hơn, hạn chế sự ảnh hưởng lẫn nhau khi hai công trình cùng làm việc Loại đầu mối có cột nước thấp được xây dựng trên sông thường có lượng bùn cát lớn, do đó phải làm cửa xả cát gần cửa lấy nước để xả cát xuống hạ lưu, tránh bồi lấp cửa lấy nước

1

6 3

6 5 1

4 2

1- đập tràn ; 2- nhà máy thuỷ điện; 3 - âu thuyền; 4 – tường cánh;

5 – tường bên; 6 – cống lấy nước; 7 – lỗ xả cát; 8 – kênh lấy nước

Nói chung việc bố trí các công trình đầu mối (đặc biệt là công trình dâng nước) có liên quan đến nhiều yếu tố thì đối với các công trình quan trọng phải được kiểm tra trên mô hình thí nghiệm; còn đối với các công trình ít quan trọng hơn nhưng trong điệu kiện thiên nhiên phức tạp mà áp dụng các sơ đồ bố trí mới chưa được trải nghiệm thì cũng cần kiểm tra lại trên mô hình thí nghiệm để chọn phương án bố trí phù hợp với điều kiện thực tế tại khu vực xây dựng công trình

Câu hỏi ôn tập chương 1

1 Nêu những quy định chung đối với dự án đầu tư xây dựng công trình và

lựa chọn vị trí, hình thức đập?

2 Trình bày những nội dung chính trong công tác khảo sát và thiết kế công trình đầu mối thuỷ lợi?

3 Nêu những nguyên tắc chung và cách bố trí công trình đầu mối thuỷ lợi?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng, Công trình

tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi, NXB Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội

Chương 2 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

2.1 Những vấn đề chung

Đập đất là công trình dâng nước, giữ nước hoặc điều chỉnh dòng sông (đê) Đập đất thường được xây dựng bằng các vật liệu hiện có ở khu vực xây dựng như: Sét, á sét, á cát, cát, sỏi, cuội,…Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, dùng vật liệu tại chỗ, có khả năng cơ giới hoá cao khi thi công và trong nhiều trường hợp có giá thành hạ, do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết ở các nước trên thế giới và Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam đập đất chiếm khoảng 90% số đập đã được xây dựng và chủ yếu là đập có cấp hạng vừa và nhỏ Có thể kể đến tên của các đập tiêu biểu như: Đập Cẩm Sơn – Lạng Sơn,

Xạ hương – Vĩnh Phúc, Yên Lập – Quảng Ninh, Sông Qua – Bình Thuận (hình 2-1)

Hình 2-1: Đập Sông Qua ở Bình thuận (cao 40m)

So với các loại đập khác, đập đất có những ưu điểm cơ bản sau:

1 Đập đất có thể xây dựng được trong mọi điều kiện địa hình, khí hậu nào Yêu cầu chất lượng nền của đập cũng không cao lắm so với các loại đập khác Có thể xây dựng được trong vùng có động đất và sức chịu đựng dưới tác dụng của lực động đất tốt hơn các loại đập khác

2 Với những thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học đất, lý luận thấm, trạng thái ứng suất cũng với sự phát triển của công nghiệp chất dẻo làm vật chống thấm có thể sử dụng mọi loại đất hiện có ở vùng xây dựng và phế liệu công nghiệp để đắp đập Do đó mặt cắt đập có khả năng thu hẹp, chiều cao đập

có thể tăng bất kỳ và giá thành công trình hạ

3 Xử lý các loại nền thấm nước dưới đập đất ít phức tạp hơn so với các loại đập bê tông Công nghệ hiện nay có thể tạo thành các màng chống thấm cho đập đất sâu hàng trăm mét

4 Có khả năng cơ giới hoá hoàn toàn quá trình thi công đập đất bằng phưong pháp đầm nén cũng như phương pháp bồi và với máy móc có công suất lớn hiện đại có thể rút ngắn được thời hạn thi công, hạ giá thành công trình và giảm đến mức thấp nhất lực lượng thủ công

5 Sử dụng ít nhất các loại vật liệu không có tại chố như sắt thép, gỗ, xi măng… và theo đó giảm nhẹ được các hệ thống giao thông mới và phương tiện giao thông

6 Quản lý khai thác đơn giảm và không tốn kém kinh phí nhiều so với các loại đập khác

7 Sửa chữa hoặc tôn cao đập được dễ dàng hơn

Tuy nhiên đập đất có một số nhược điểm sau:

1 Ít có khả năng thoát nước qua đập nên phải xây dựng nhiều công trình thoát nước qua thân đập kể cả công trình thi công

2 Đối với đập đất có độ ẩm không thích hợp và ở vùng có nhiều mưa thì việc thi công theo phương pháp đầm nén gặp nhiều khó khăn vì khó khống chế

độ ẩm của đất Do đập có đặc điểm là dâng nước và làm bằng đất nên trong quá trình khai thác, đập đất mang những đặc tính sau đây:

- Đập đất có khối lượng lớn và chịu tác dụng ngoại lực khá phức tạp (Lực thấm, lực sóng, lực động đất, áp lực kẽ hổng)) do đó thân và nền đập cần đảm bao điều kiện chịu lực (trạng thái ứng suất); đồng thời phải đảm bảo điều kiện chống trượt của hai mái dốc (thượng và hạ lưu trong mọi trường hợp)

- Lực xô va của sóng từ hồ chứa tác dụng lên đập có thể gây hư hỏng mái thượng lưu, vì vậy cần thiết phải bảo vệ mái thượng lưu chắc chắn nhằm loại trừ

sự phá hoại đó Ngoài ra mưa rào, sự thay đổi nhiệt độ và các loại động vật sống trong đất (đào hang) cũng gây nên hư hỏng mái dốc hạ lưu, do đó cũng cần phải

có các biện pháp thích hợp để bảo hộ mái dốc hạ lưu

- Trong mọi trường hợp đập đất cú nước thấm qua thõn đập và cú thể thấm qua nền đập và vũng quanh bờ, gõy mất nước từ hồ chứa và gõy ảnh hưởng xấu đến ổn định của thõn đập, nền và bờ (xúi ngầm và trượt mỏi dốc) Bởi vậy khi cần thiết phải cú những biện phỏp chống thấm cú hiệu quả Mặt khỏc thấm

cú thể gõy nờn nguy hiểm ở vựng tiếp xỳc giữa đập với nền, với những cụng trỡnh bờ tụng khỏc hoặc ở vựng dũng thấm thoỏt ra mỏi hạ lưu và trường hợp nước trong hồ chứa hạ thấp đột ngột

đỏnh giỏ cỏc điều kiện cụ thể về địa hỡnh, địa chất, vật liệu xõy dựng… để chọn tuyến đập hợp lý, phự hợp với dự ỏn đầu tư

2.1.3 Chọn loại đập

Để chọn loại đập trước hết cần căn cứ vào điều kiện địa hỡnh, địa chất và vật liệu xõy dựng Trờn cơ sở phõn tớch xỏc định cỏc loại đập cú thể xõy dựng, ta cần cõn nhắc kỹ lưỡng để chọn phương ỏn hợp lý nhất (ở đõy là đập đất) Thớ dụ: đập đồng chất, đập cú tường nghiờng và sõn phủ, đập cú tường tõm chõn răng v.v… Sơ đồ cấu tạo của đập đất thụng dụng được trỡnh bày như hỡnh 2-2

Hỡnh 2-2: Sơ đồ cấu tạo đập đất 2.1.4 Cấp cụng trỡnh và cỏc chỉ tiờu thiết kế

MNHL Thiết bị thoát nuớc

Cơ

đỉnh Tuờng chắn sóng

2 Theo nhiệm vụ công trình và vai trò của công trình trong hệ thống (chủ

yếu hay thứ yếu) Tra bảng P1.2, phụ lục 1

Cấp của đập lấy theo giá trị nào quan trọng nhất khi xác định theo 2 điều kiện trên

a và a’ là độ vượt cao an toàn

Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính theo (2 – 1) và (2 – 2)

Trong đó:

V - vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s);

D - đà sóng ứng với MNDBT (m);

h - chiều sâu dưới đập (m);

Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu:

2

g.t g.D,

V V ; Với t là thời gian gió thổi liên tục tính bằng đơn vị giây (s), khi không có tài liệu có thể lấy t = 3600s đối với hồ chứa;

Theo đường cong bao phía trên ở đồ thị hình P2-1 xác định được các đại

2

g.h

V và g.t

nhám tương đối trên mái

(ở đây có thể dự kiến trước trị số sơ bộ của m)

- Hệ số K4 tra ở đồ thị hình P2 - 3, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

% 1

Sơ bộ định hệ số mái như sau:

Trong đó: H là chiều cao đập (m)

2.2.2.2 Cơ đập

không lấy nhỏ hơn 2 m

đòi hỏi Khi đập cao, nên làm cơ ở cuối phần gia cố chính

Trị số mái tính theo (2 – 8) chỉ là trị số trung bình Khi đập cao nên chọn mái có độ dốc thay đổi (mái dốc ở gần đỉnh và thoải dần về phía chân); vị trí thay đổi độ dốc mái thường chọn tại các cơ đập

2.2.3 Thiết bị chống thấm

Khi đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn thì phải làm thiết bị chống thấm cho thân đập và cho nền

Tài liệu cho tầng thấm có hai dạng: Tầng thấm tương đối mỏng (T ≤5 m)

và tầng thấm dày (T > 10 m) Với mỗi dạng tầng thấm cần chọn thiết bị chống thấm cho đập và cho nền thích hợp Các sơ đồ đơn giản thường dùng nhất là:

1 Khi tầng thấm tương đối mỏng

- Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm)

- Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng

Vật liệu làm tường và chân răng thường là đất sét (như tài liệu đã cho) Chọn loại này hay loại khác là trên cơ sở phân tích các điều kiện cụ thể về điều kiện khí hậu, thi công, vật liệu xây dựng

2 Khi tầng thấm dày

Hợp lý nhất là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ

Trong phần chọn sơ bộ kích thước ban đầu cần xác định:

a Chiều dày tường (nghiêng hay lõi)

b Cao trình đỉnh tường (nghiêng hay lõi)

Cao trình đỉnh tường được chọn không thấp hơn MNGC ở thượng lưu

c Chiều dày sân phủ

Trong đó H là chênh lệch cột nước ở mặt trên và mặt dưới tường

d Chiều dày chân răng

Chiều dày chân rằng được chọn như đối với đáy tường nghiêng hay tường lõi Ngoài ra còn đảm bảo điều kiện nối tiếp đều đặn (không có đột biến giữa tường nghiêng (hay lõi) với chân răng

e Chiều dài sân phủ (L S )

qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm của nền Sơ bộ có thể lấy:

LS = (3 5)H

Trong đó: H là cột nước lớn nhất

2.2.4 Thiết bị thoát nước thân đập

Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập:

1 Đoạn lòng sông (hạ lưu có nước)

Khi chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn, có thể chọn thoát nước kiểu lăng trụ Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất, đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hòa không chọc ra mái hạ lưu Để đạt được điều này, thường độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max

phải bằng (1 2)m Bề rộng đỉnh lăng trụ thường ≥ 2m; mái trước và sau của lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập

và nền cần có tầng lọc ngược

thoát nước kiểu lăng trụ kết hợp với áp mái: cao trình lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu min, còn cao trình đỉnh phần áp mái chọn cao hơn điểm ra của đường bão hoà ứng với mực nước hạ lưu max

2 Đoạn trên sườn đồi

Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước, sơ đồ đơn giản nhất có thể chọn là thoát nước kiểu áp mái Khi cần phải hạ thấp đường bão hoà có thể chọn thoát nước kiểu gối phẳng hoặc ống dọc

2.3 Tính toán thấm qua đập và nền

2.3.1 Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán

1 Nhiệm vụ tính thấm

- Xác định lưu lượng thấm;

- Xác định đường bão hoà trong đập;

- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền

2 Các trường hợp tính toán

Trong thiết kế cần tính thấm với các trường hợp làm việc khác nhau của đập:

- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min;

- Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max;

- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột;

- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường

Trong thiết kế sơ bộ chỉ yêu cầu tính thấm với một trường hợp (trường hợp 1)

3 Các mặt cắt tính toán (yêu cầu tính với 2 mặt cắt đại biểu):

- Mặt cắt lòng sông (chỗ tầng thấm dày nhất);

- Mặt cắt sườn đồi (đập trên nền không thấm)

2.3.2 Tính thấm cho mặt cắt lòng sông

Sau khi trình bày nội dung tính thấm cho một số sơ đồ thường gặp trong

đồ án thiết kế, ở mặt cắt lòng sông do hạ lưu có nước nên thiết bị thoát nước được chọn thích hợp nhất là loại lăng trụ

1 Sơ đồ đập có những tường nghiêng + sân phủ (hình 2-3)

00

y

m2

m1

Th1

Hình 2-3: Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ

Vì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ nhỏ hơn rất nhiều hệ số thấm của nền và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlôpxki:

bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân phủ



Các ký hiệu được biểu thị trên hình (2-3)

b) Phương trình đường bão hoà trong hệ trục tọa độ như trên hình (2.1) có dạng:

Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập và nền) Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền

- Với thân đập, cần đảm bảo điều kiện:

Jk

đ

≤ [ Jk ]đ , (2 – 12)

2 Sơ đồ đập có tường nghiêng +chân răng (hình 2-4)

Kd

y

m 2

Hình 2- 4: Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng

a) Lưu lượng thấm: dùng phương pháp phân đoạn để tính Bỏ qua độ cao



Trong đó:

δ - chiều dày trung bình của tường nghiêng;

t - chiều dày trung bình của chân răng;

Các ký hiệu khác xem hình (2-4)

b) Đường bão hòa: trong hệ trục như trên hình (2-4), phương trình đường bão hoà thỏa mãn phương trình (2-11)

c) Kiểm tra độ bền thấm: độ bền thấm đặc biệt cho đập và nền kiểm tra theo các công thức (2-12) và (2-14)

3 Sơ đồ đập có tường lõi + chân răng (hình 2-5)

Hình 2-5: Sơ đồ đập có tường lõi + chân răng

a) Lưu lượng thấm

c) Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt ta dùng các công thức (2-12) và (2-14),

đ

và Jk n

tính riêng cho từng đoạn trước tường lõi và sau tường lõi

2.3.3 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi

Với tài liệu đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái

1 Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình 2-6)

Hình 2-6: Sơ đồ tính thấm qua đập có tường nghiêng

trên nền không thấm, hạ lưu không có nước

Cũng có thể giải bài toán thấm này bằng phương pháp biến đổi tương

thường xẩy ra thì ở sơ đồ tính toán phương của dòng thấm trong tường biến đổi

là gần như nằm ngang, còn ở tường thực, phương dòng thấm gần như vuông góc với mặt tường thượng lưu (cụ thể xem QPTL C1 – 78)

b) Đường bão hòa

Trong hệ trục như hình 2-4, phương trình đường bão hoà có dạng:

3 d

c) Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Tiến hành theo công thức (2-12), trong đó:

Giải bằng phương pháp biến đổi đồng chất, theo các bước sau:

Ở đây δ là chiều dày trung bình của lõi thực

- Tính thấm trên đập biến đổi : lưu lượng thấm xác định từ hệ phương trình sau:

b) Đường bão hoà

- Trong đập biến đổi (hình 2-7):

1 d

2q

k

Từ hình 2-7, xác định được các độ sâu h3, h4 ở trước và sau lõi biến đổi

c) Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

trước và sau lõi

2.4 Tính toán ổn định mái đập

2.4.1 Trường hợp tính toán

Theo quy phạm thiết kế đập đất, cần kiểm ta ổn định với các trường hợp sau:

1 Cho mái hạ lưu

- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy

ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)

- Khi thượng lưu có MNDBT, sự làm việc bình thương của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ hợp đực biệt);

2 Cho mái thượng lưu

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xẩy ra (tổ hợp cơ bản)

- Khi mực nước thượng lưu ở các công trình thấp nhất nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập (tổ hợp cơ bản)

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xẩy ra (tổ hợp đặc biệt)

Tuy nhiên, trong đồ án thiết kế thường chỉ giới hạn kiểm tra ổn định cho một số trường hợp cơ bản, quan trọng

2.4.2 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt

1 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm

Để xác định vùng có tâm trượt nguy hiểm ta sử dụng 2 phương pháp sau: a) Phương pháp Filennít

o



Độ dốc mái đập

Góc nghiêng mái đập

b) Phương pháp Fanđaép

Tâm trượt nguy hiểm nằm ở trong hình thang cong bcde trên hình 2-8

Kết hợp cả 2 phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm

4,5Hd

Hd Hd

M A

B c

e 0 85

Hình 2-8: Xác định vùng chứa tâm trượt nguy hiểm của mái đập





2 Xác định hệ số an toàn K cho 1 cung trượt bất kỳ

Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức xác định hệ số

an toàn K cho một cung trượt Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định lực thấm Sau đây giới thiệu công thức Ghécxêvanốp xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm như sơ đồ hình 2-9

O

R b

Hình 2-9: Sơ đồ tính ổn định trượt mái đập đất theo phương pháp Ghécxêvanốp

Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b như hình vẽ Ta có công thức tính toán sau:

Wn = n.hn.ln; (2 – 33)

Chú ý rằng γi với đất ở trên đường bão hoà lấy theo dung trọng tự nhiên, còn đất dưới đường bão hòa lấy theo dung trọng bão hoà nước; qui định này chỉ phù hợp với phương pháp Ghécxêvanốp đang xét

Trong tính toán, cần tiến hành lập bảng để tiện xác định các đại lượng trong công thức (2-32)

3 Đánh giá tính hợp lý của mái đập

Mái đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả mãn diều kiện:

2.5 Các cấu tạo chi tiết

2.5.1 Đỉnh đập

Khi trên đỉnh đập không làm đường giao thông chỉ cần phủ một lớp dăm

phải gia cố theo các quy phạm giao thông như hình 2-10

Hình 2-10: Cấu tạo đỉnh đập có đường giao thông

2.5.2 Bảo vệ mái đập

1 Mái thượng lưu

Hình thức bảo vệ mái thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố của sóng và khả năng cung cấp vật liệu

Khi tính toán lớp bảo vệ mái, cần dựa vào chiều cao sóng lớn nhất (theo tần suất gió và mức bảo đảm sóng được quy định bởi quy phạm)

Khi dùng đá đổ:

- Trọng lượng cần thiết của hòn đá (theo Sankin):

G = A.γđ

3 2

có thể chọn hình thức bảo vệ mái bằng các tấm bê tông hay bê tông cốt thép

(hình 2-11) Chiều dày tấm (hb) xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi

và lật Sơ bộ có thể tính theo công thức Anđrâytrúc:

B - bề rộng tấm;

Α - góc nghiêng của mái với mặt nằm ngang;

K - hệ số, khi tấm đặt trên lớp lọc liên tục bằng hạt lớn lấy k = 0,23; khi lớp lọc không liên tục: k = 0,15

Các ký hiệu khác đã giải thích ở trên (công thức 2-37)

Hình 2-11: Sơ đồ cấu tạo gia cố mái thượng lưu

Trong tính toán cần kiểm tra điều kiện bền của tấm khi chịu áp lực sóng lớn nhất Theo điều kiện này, với các tấm bê tông và đá xây nên chọn B không

2 Mái hạ lưu

Mái hạ lưu đập cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra Phổ biến nhất là dùng hình thức trồng cỏ, khi đó trên mái cần đào các rãnh nhỏ nghiêng

rãnh tập trung vào mương ngang bố trí ở cơ, mương ngang có độ dốc về 2 bên

bờ nối với mương dọc dẫn nước về hạ lưu Hình 2-12 là sơ đồ cấu tạo bảo vệ mái hạ lưu thường được dùng cho các đập đất vừa và nhỏ

1 Thoát nước thân đập

Thiết bị thoát nước thân đập có tác dụng làm cho dòng thấm thoát ra ở hạ lưu được dễ dàng và an toàn, hạ thấp đường bão hòa không cho dòng thấm thoát

ra ở mái hạ lưu, tăng được ổn định, chống xói ngầm và chống trượt mái Hình thức và cấu tạo của thiết bị thoát nước phụ thuộc loại đập, điều kiện địa chất, mực nước hạ lưu và nguyên vật liệu tại chỗ Để đảm bảo yêu cầu chống xói ngầm, người ta làm vật thoát nước có cấu tạo của tầng lọc ngược theo các hình thức như: thoát nước kiểu áp mái (hình 2-13), thoát nước đặt trong thân đập kiểu lăng trụ (hình 2-14), thoát nước kiểu hổn hợp…Tất cả các thiết bị thoát nước này đều đã được nghiên cứu kỹ trong học phần thủy công

Hình 2-13: Thiết bị thoát nước kiểu áp mái

Hình 2-14: Thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ

2 Thoát nước nền đập

Để giảm áp lực nước kẽ rỗng của đất sét hoặc đất pha sét, người ta làm các thiết bị thoát nước nền đập Trên thực tế loại thoát nước này gồm các lỗ khoan, trong đó bố trí tầng lọc ngược hoặc đặt những ống bê tông có đục lỗ trên thành để dẫn nước

3 Thoát nước mái đập

Hình 2-15: Thoát nước mái đập

2.5.4 Nối tiếp đập với nền và bờ

1 Nối tiếp đập với nền

Về các hình thức chống thấm cho nền đã được nêu trên Ở đây đề cập đến việc xử lý mặt tiếp giáp giữa thân đập và nền Thường phải bóc một lớp dày

răng Khi đắp đập trên nền đá có thể xây các răng bằng bê tông hay đá

Thoát nước mái đập là thoát nước

mưa để phòng xói Đối với mái đập hạ

lưu được bảo vệ bằng đá dăm, người ta

dùng đá hộc xây các mương dọc, mương

ngang để tập trung tiêu nước mưa

Mương ngang được bố trí trên cơ đập

chuyển sang hai bên bờ và chảy xuống hạ

lưu đập (hình 2-15) kích thước mặt cắt

mương được xác định dựa vào cường độ

mưa, diện tích hứng nước và độ dốc đáy

mương

2 Nối tiếp đập với bờ

Ngoài các yêu cầu như nối tiếp đập với nền cần chú ý thêm mấy điểm:

- Ở chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải cắm sâu vào đá tốt hoặc

đá ít phong hoá Khi tầng không thấm nằm rất sâu trong bờ, phải cắm thiết bị chống thấm vào bờ một khoảng nhất định Hai bờ thường có đất tàn tích và đá phong hóa thấm nước mạnh, ổn định kém, do đó phải dọn bỏ một lớp dày

- Để tránh hiện tượng lún không đều mặt nối tiếp thân đập với bờ không nên đánh cấp, không làm quá dốc (thường không vượt quá độ dốc 1:0,75), không cho phép làm dốc ngược

Câu hỏi ôn tập chương 2

1 Nêu khái niệm chung về đập đất và nói rõ các ưu điểm và nhược điểm của loại đập này?

2 Tính toán thấm qua đập và nền cho các trường hợp đập có: tường nghiêng + sân phủ; tường nghiêng + chân răng; tường lõi + chân răng?

3 Tính toán ổn định mái đập đất?

4 Trình bày cấu tạo chi tiết các bộ phận chính của đập đất?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Xuân Trường, Thiết kế đập đất, NXB Khoa học và kỹ thuật –

Hà Nội 1972

2 Ngô Trí Viềng và các tác giả, Giáo trình thủy công, tập I, NXB xây

dựng – Hà Nội 2004

3 14TCN – 150 – 2006, Đất xây dựng công trình thủy lợi

4 QCVN04 – 05 – 2012, Công trình thủy lợi – Các quy định về thiết kế

5 14TCN 157 – 2005, Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén

6 QPTL C1 – 78, Quy phạm tải trọng do sóng và tàu

7 Bộ môn thủy công – Trường ĐHTL, Đồ án môn học thủy công, Nhà

xuất bản xây dựng, Hà Nội - 2004

Chương 3 THIẾT KẾ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC DƯỚI ĐẬP ĐẤT

3.1 Những vấn đề chung

3.1.1 Các loại cống ngầm (khái niệm)

Cống ngầm là loại công trình đặt dưới đê, đập vật liệu địa phương… dùng

vào việc tháo và dẫn nước Cống thường có các bộ phận chính: thân cống, bộ

phận lấy nước, cửa vào và cửa ra

Cống ngầm được phân thành các loại sau:

1 Theo vật liệu xây dựng: có các loại cống ngầm bằng sành, bằng bê

tông, bê tông cốt thép và ống kim loại Trong thực tế xây dựng sử dụng nhiều

nhất là cống bằng bê tông cốt thép và kim loại, chỉ trong trường hợp cột nước

thấp đường kính ống nhỏ mới dùng ống sành, ống bê tông

2 Theo hình dạng kết cấu: cống tròn (hình 3-1a), cống hộp (hình 3-1b),

cống vòm (hình 3-1c)

Hình 3-1: Các hình thức mặt cắt cống ngầm

3 Theo cách bố trí: cống ngầm đặt trực tiếp trên mặt nền (hình 3-1c),

cống ngầm đặt trong hành lang bằng bê tông cốt thép (hình 3-2) Cách bố trí thứ

nhất tương đối kinh tế nhưng kiểm tra sửa chữa khó khăn nếu khớp nối giữa hai

đoạn ống làm không tốt để nước rò rỉ sẽ ảnh hưởng đến an toàn của đập Khi

tháo nước với lưu tốc rất lớn, tại các chỗ nối tiếp hoặc các kẽ nứt sẽ hình thành

chân không, có thể hút các hạt đất ở thân đập vào ống và làm cho đập bị sụt lún

Vì vậy, chỉ trong trường hợp nền đá tốt mới dùng và thường đặt một phần hoặc

toàn bộ đường ống ở trong nền