Tính toán kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Tính toán kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô” được hoàn thành tại khoa Công Trình và Phòng đào tạo Đại học & Sau đại học - Trườn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Tính toán kết cấu đập trọng lực

bê tông dạng tường ô” được hoàn thành tại khoa Công Trình và Phòng đào tạo Đại học & Sau đại học - Trường Đại Học Thủy Lợi Hà Nội Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Văn Lệ đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn Xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Công Trình - Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, Viện thủy điện và năng lượng tái tạo - Viện khoa học thủy lợi Việt nam đã cũng cấp số liệu công trình cho tác giả

Tác giả chân thành cảm ơn các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã chia

sẻ những khó khăn, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập và hoàn thành luận văn

Kết quả ngày hôm nay tác giả đạt được chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo, cùng sự động viên nhiệt tình của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp trong những năm qua Một lần nữa tác giả xin ghi nhớ tất cả các đóng góp to lớn đó

Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn không tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của quý Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Hà Nội, tháng 11 năm 2011

Tác giả

Bùi Ngọc Lâm

MỤC LỤC

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

4 Kết quả dự kiến đạt được 3

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Kết cấu đập trọng lực dạng tường ô 4

1.2 Nguyên lý làm việc của đập trọng lực bê tông dạng tường ô 5

Chương 2 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA KẾT CẤU ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG DẠNG TƯỜNG Ô 6

2.1 Tính toán ổn định của đập và kiểm tra sức chịu tải của nền 6

2.1.1 Xác định các ngoại lực tác dụng vào đập 7

2.1.2 Kiểm tra ổn định trượt và lật 7

2.1.3 Kiểm tra khả năng chịu tải của nền 8

2.2 Tính toán nội lực và chuyển vị 10

2.2.1 Phương pháp đơn giản 10

2.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 11

2.3 Phần mềm tính toán 23

2.3.1 Phần mềm tính toán kết cấu 23

2.3.2 Lựa chọn phần mềm tính toán SAP2000 23

Chương 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG DẠNG TƯỜNG Ô CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG CHỪNG 29

3.1 Giới thiệu công trình thủy điện Sông Chừng 29

3.1.1 Vị trí công trình 29

3.1.2 Nhiệm vụ công trình 29

3.1.3 Thông số công trình 30

3.2 Tính toán lựa chọn kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô cho công trình thủy điện Sông Chừng 32

3.2.1 Cấu trúc địa chất công trình tuyến đập 32

3.2.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 34

3.2.3 Tính chất cơ lý của đất đá 35

3.3 Bố trí tuyến đập 40

3.3.1 Điều kiện địa chất tuyến đập 40

3.3.2 Bố trí tuyến đập gồm: 41

3.4 Trường hợp và tổ hợp tính toán 43

3.4.1 Trường hợp tính toán 43

3.4.2 Tổ hợp tính toán 43

3.5 Mô hình tính và kết quả tính toán 44

3.5.1 Sơ đồ tính toán 44

3.5.2 Thông số tính toán 45

3.5.3 Kiểm tra ổn định trượt 45

3.5.4 Tính toán ổn định lật 46

3.5.5 Kiểm tra ứng suất nền 46

3.5.6 Xác định các thành phần lực 46

3.6 Kết quả tính toán 50

3.6.1 Sơ đồ tính toán ổn định 50

3.6.2 Tính toán ổn định đập 50

3.7.3 Tính toán kết cấu đập bằng phần mềm SAP2000 54

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

4.1 Kết luận 82

4.2 Những tồn tại 82

4.3 Kiến nghị 82

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2-1: Mặt cắt điển hình của đập trọng lực bê tông dạng tường ô 7

Hình 2-2: Sơ đồ tính toán nội lực bản mặt đập 10

Hình 2-3: Mô hình nền Winkler 13

Hình 2-4: Mô hình nền hai hệ số 14

Hình 2-5: Mô hình nền nửa không gian vô hạn đàn hồi tuyến tính 15

Hình 2-6: Chuyển vị nút ở các đỉnh phần tử 20

Hình 2-7: Giao diện SAP xuất hiện khi mở phần mềm 25

Hình 2-8: Cửa sổ khai báo loại phần tử 26

Hình 2-9: Cửa sổ khai báo vật liệu 26

Hình 2-10: Cửa sổ khai báo lực 27

Hình 2-11: Cửa sổ tính toán 27

Hình 2-12: Cửa sổ biểu thị kết quả 28

Hình 3-1: Mặt cắt dọc đập phương án tính toán 42

Hình 3-2: Biểu đồ áp lực đất trong ô theo phương ngang 49

Hình 3-3: Mặt cắt ngang đập 50

Hình 3-4: Mô hình tính toán kết cấu đập bằng phần mềm SAP2000 54

Hình 3-5: Phổ màu ứng suất S11 tại mặt Y = 0 và Y = 11.6m 55

Hình 3-6: Phổ màu ứng suất S22 tại mặt Y = 0 và Y = 11.6m 55

Hình 3-7: Phổ màu ứng suất S12 tại mặt Y = 0 và Y = 11.6m 56

Hình 3-8: Phổ màu ứng suất Smax tại mặt Y = 0 và Y = 11.6m 56

Hình 3-9: Phổ màu ứng suất Smin tại mặt Y = 0 và Y = 11.6m 57

Hình 3-10: Phổ màu ứng suất S11 tại mặt Y = 5.8m 57

Hình 3-11: Phổ màu ứng suất S22 tại mặt Y = 5.8m 58

Hình 3-12: Phổ màu ứng suất S12 tại mặt Y = 5.8m 58

Hình 3-13: Phổ màu ứng suất Smax tại mặt Y = 5.8m 59

Hình 3-14: Phổ màu ứng suất Smin tại mặt Y = 5.8m 59

Hình 3-15: Phổ màu ứng suất S11 và S22 tại mặt thượng lưu đập 60

Hình 3-16: Phổ màu ứng suất S12 tại mặt thượng lưu đập 60

Hình 3-17: Phổ màu ứng suất Smax và Smin tại mặt thượng lưu đập 61

Hình 3-18: Phổ màu ứng suất S11 và S22 trên tấm đáy 61

Hình 3-19: Phổ màu ứng suất S12 trên tấm đáy 62

Hình 3-20: Phổ màu ứng suất Smax và Smin trên tấm đáy 62

Hình 3-21: Chuyển vị của đập theo phương Z và phương X 63

Hình 3-22: Phổ màu ứng suất S11 trên mặt bên Y=0 và Y= 11.6m 64

Hình 3-23: Phổ màu ứng suất S22 trên mặt bên Y = 0 và Y =11.6m 64

Hình 3-24: Phổ màu ứng suất S12 trên mặt bên Y = 0 và Y =11.6m 65

Hình 3-25: Phổ màu ứng suất Smax trên mặt bên Y = 0 và Y =11.6m 65

Hình 3-26: Phổ màu ứng suất Smin trên mặt bên Y = 0 và Y =11.6m 66

Hình 3-27: Phổ màu ứng suất S11 trên mặt Y = 5.8m 66

Hình 3-28: Phổ màu ứng suất S22 trên mặt Y = 5.8m 67

Hình 3-29: Phổ màu ứng suất S12 trên mặt Y = 5.8m 67

Hình 3-30: Phổ màu ứng suất Smax trên mặt Y = 5.8m 68

Hình 3-31: Phổ màu ứng suất Smin trên mặt Y = 5.8m 68

Hình 3-32: Phổ màu ứng suất S11 và S22 tại mặt thượng lưu đập 69

Hình 3-33: Phổ màu ứng suất S12 tại mặt thượng lưu đập 69

Hình 3-34: Phổ màu ứng suất Smax và Smin tại mặt thượng lưu đập 70

Hình 3-35: Phổ màu ứng suất S11 và S22 trên tấm đáy 70

Hình 3-36: Phổ màu S12 trên tấm đáy 71

Hình 3-37: Phổ màu ứng suất Smax và Smin trên tấm đáy 71

Hình 3-38: Chuyển vị của đập theo phương Z và phương X 72

Hình 3-39: Phổ màu ứng suất S11 trên mặt bên Y=0 và Y= 11.6m 73

Hình 3-40: Phổ màu ứng suất S22 trên mặt bên Y=0 và Y= 11.6m 73

Hình 3-41: Phổ màu ứng suất S12 trên mặ bênt Y = 0 và Y = 11.6m 74

Hình 3-42: Phổ màu ứng suất Smax trên mặt bên Y = 0 và Y = 11.6m 74

Hình 3-43: Phổ màu ứng suất Smin trên mặt bên Y = 0 và Y = 11.6m 75

Hình 3-44: Phổ màu ứng suất S11 trên mặt Y = 5.8m 75

Hình 3-45: Phổ màu ứng suất S22 trên mặt Y = 5.8m 76

Hình 3-46: Phổ màu ứng suất S12 trên mặt Y = 5.8m 76

Hình 3-47: Phổ màu ứng suất Smax trên mặt Y = 5.8m 77

Hình 3-48: Phổ màu ứng suất Smin trên mặt Y = 5.8m 77

Hình 3-49: Phổ màu ứng suất S11 và S22 tại mặt thượng lưu đập 78

Hình 3-50: Phổ màu ứng suất S12 tại mặt thượng lưu đập 78

Hình 3-51: Phổ màu ứng suất Smax và Smin tại mặt thượng lưu đập 79

Hình 3-52: Phổ màu phân bố S11 và S22 trên tấm đáy 79

Hình 3-53: Phổ màu phân bố S12 trên tấm đáy 80

Hình 3-54: Phổ màu phân bố Smax và Smin trên tấm đáy 80

Hình 3-55: Chuyển vị của đập theo phương Z và phương X 81

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số công trình 30

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý đối với khối đá và mẫu đá phiến các loại: 38

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý đối với bề mặt mềm yếu: 39

Bảng 3.4 Hệ số điều kiện làm việc tính theo TTGH thứ nhất 44

Bảng 3.5 Tính toán ổn định trường hợp 1 51

Bảng 3.6 Tính toán ổn định trường hợp 2 52

Bảng 3.7 Tính toán ổn định trường hợp 3 53

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong công cuộc xây dựng đất nước ta, việc đầu tư xây dựng các công trình, cơ sở vật chất phục vụ công việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã

và đang được quan tâm đầu tư đặc biệt của Đảng và Nhà nước Trong những năm vừa qua, đặc biệt là trong thời kì đổi mới, hàng ngàn công trình đã và đang được đầu tư xây dựng như: Nhà cao tầng, đường giao thông, bến cảng, cầu cống, các khu công nghiệp, công trình thủy lợi - thủy điện v.v

Trong xây dựng công trình thủy lợi - thủy điện, cụm công trình đầu mối là một hạng mục có vị trí đặc biệt quan trọng Cụm công trình đầu mối bao gồm: Đập dâng, đập tràn, cửa lấy nước v.v Trong cụm công trình đầu mối hạng mục đập đóng góp nhiều tác dụng trong nhiệm vụ công trình và góp vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn ổn định tổng thể của công trình

Trong xây dựng công trình thủy lợi - thủy điện thường xử dụng các loại đập như: Đập vật liệu địa phương, đập trọng lực bê tông, đập đất đá hỗn hợp v.v Tuy nhiên khi xây dựng các công trình thuỷ lợi - thuỷ điện

có đập không cao và vai đập có địa chất mềm không thể bố trí được đập trọng lực bê tông thông thường do đó phải lựa chọn kết cấu đập khác là kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô

Đập trọng lực bê tông dạng tường ô có ưu điểm là giảm khối lượng bê tông (có thể giảm từ 20 ÷ 70%), giảm vốn đầu tư, ngoài ra tốc độ thi công loại đập này cũng không phức tạp mặt khác điều kiện tỏa nhiệt của bê tông trong quá trình thi công cũng thuận lợi hơn so với đập trọng lực bê tông thông thường

Việc lựa chọn kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác nhau như: phương pháp tính toán, địa chất của

nền móng, điều kiện làm việc thực tế của đập, điều kiện cung cấp nguyên vật liệu, giải pháp thi công v.v

Việc nghiên cứu, tính toán đập trọng lực bê tông dạng tường ô đã thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới Ở nước ta việc nghiên cứu các kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô

đã được quan tâm từ sau những năm 1980, các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng ở một số công trình và đã phát huy tác dụng tốt về mặt ổn định, an toàn và giảm kinh phí xây dựng công trình

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã thúc đẩy các ngành kinh tế phát triển một cách đáng kể, có thể nói đây là đỉnh cao của sự phát triển đối với xã hội loài người từ trước đến nay Song song với đà phát triển đó, ngành xây dựng cũng có những bước phát triển không ngừng trong việc cải tiến kỹ thuật thiết kế kết cấu và dự toán v.v Với sự hỗ trợ của máy tính và công nghệ phần mềm như hiện nay máy tính giúp các nhà thiết kế thực hiện một cách nhanh chóng và hiệu quả việc thiết kế và thi công các công trình xây dựng; những tòa nhà cao tầng, những chiếc cầu lớn vượt sông và các công trình thuỷ lợi thuỷ điện lớn Ngày nay, người ta không tính toán kết cấu hay thiết kế các công trình kiến trúc theo phương pháp thủ công nữa mà tất cả đều được thiết kế với

sự hỗ trợ của máy tính thông qua các chương trình phần mềm, chẳng hạn như AUTOCAD, SAP, STRUDCAD, STAADPRO, SAMCEF

- Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của đập trọng lực

bê tông dạng tường ô

- Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Thu thập tài liệu, tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đập trọng lực bê tông dạng tường ô

Sử dụng phương pháp PTHH và phần mềm SAP 2000 để phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của đập và nền

4 Kết quả dự kiến đạt được

- Lập mô hình tính toán theo thuật toán của phương pháp PTHH

- Xác định trạng thái ứng suất, biến dạng của đập trọng lực bê tông dạng tường ô cho một đập cụ thể

Ý nghĩa của luận văn:

Kết quả đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo tính toán thiết kế đập trọng lực bê tông dạng tường ô cho các công trình thủy lợi - thủy điện

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Kết cấu đập trọng lực dạng tường ô

Đập bê tông trọng lực là đập có khối lượng bê tông lớn, duy trì ổn định nhờ trọng lượng của khối bê tông

Đập bê tông đã được xây dựng rất sớm Cách đây 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những công trình thủy lợi Đập xây dựng đầu tiên là đập xây trên sông Nile cao 15m, dài 450m có cốt là đá

đổ và đất sét

Theo con số thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm

2000 trên thế giới có khoảng 45.000 đập lớn Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với 22.000 đập, thứ hai là Mỹ có 6.575 đập, đứng thứ 3 là Ấn Độ có 4.291 đập Việt Nam có gần 500 đập đứng thứ 16 trong

số các nước có nhiều đập cao trên thế giới

Đập bê tông đã được xây dựng nhiều ở Việt Nam như: Đập Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận cao 39,5m được xem là đập bê tông đầu tiên do ngành thủy lợi nước ta thiết kế và thi công Hiện nay có nhiều đập bê tông trọng lực đã và đang được thi công như: Đập Định Bình, đập Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, đập Sơn La v.v Đập bê tông trọng lực thường yêu cầu điều kiện địa chất nền cao, điều kiện khống chế nhiệt thi công phức tạp, nhất là với các đập bê tông truyền thống v.v Khi xây dựng các công trình có đập không cao và nền đập có địa chất mềm không thể dùng giải pháp đập trọng lực bê tông thông thường thì có thể xem xét lựa chọn dạng kết cấu đập khác

là kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô

Đối với các công trình ở Việt Nam hiện nay, đập trọng lực bê tông dạng tường ô đã được xây dựng ở một số công trình như: Phần đập hai bên bờ của công trình hồ chứa nước Định Bình, công trình hồ chứa nước Thạch Nham v.v

Kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô được cấu tạo bởi các khối hình hộp bằng bê tông cốt thép, bên trong đổ đất, đá và các vật liệu khác

Cơ sở nghiên cứu tính toán đập trọng lực bê tông dạng tường ô:

Về mặt hình thức: Kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô được xếp vào loại vỏ gấp Nội lực trong vỏ bao gồm nội lực màng và nội lực uốn

Về vật liệu: thông thường kết cấu được làm bằng bê tông cốt thép

Về ngoại lực: trong tính toán, tải trọng tác dụng chủ yếu tác dụng vào đập là trọng lượng bản thân bê tông tường, áp lực của vật liệu đổ trong thân đập, áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực thấm, áp lực bùn cát, áp lực sóng, tải trọng xe cộ chạy trên mặt đập nếu có v.v

Về cấu tạo: Đập trọng lực bê tông dạng tường ô thường được chia thành một số đoạn nhằm khắc phục hiện tượng lún không đều dọc theo trục đập Việc chia đoạn phụ thuộc vào kích thước của đập và điều kiện địa chất nền nơi xây dựng công trình Theo kinh nghiệm, mỗi đoạn

thường có chiều dài từ 10 đến 15m

1.2 Nguyên lý làm việc của đập trọng lực bê tông dạng tường ô

Đập trọng lực bê tông dạng tường ô kết hợp với các kết cấu của công trình đầu mối như đập tràn, cửa lấy nước v.v tạo thành đập chắn nước cho công trình Dưới tác dụng của ngoại lực đập trọng lực bê tông dạng tường ô giữ được ổn định nhờ trọng lượng tường bê tông và vật liệu đổ trong các ô Về nguyên tắc, sự khác biệt về chịu lực của đập trọng lực dạng tường ô chỉ khác với đập bê tông trọng lực thông thường ở chỗ chỉ kết cấu tường ô chịu lực, còn đất đá ở trong ô hầu như chỉ để giữ ổn định chứ không tham gia chịu lực Mặt khác, trong các tường, thì bản mặt thượng, hạ lưu chủ yếu chịu uốn, còn các tường còn lại giữ vai trò chống

đỡ cho bản mặt, chủ yếu là bản mặt thượng lưu

Chương 2 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA KẾT CẤU ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG DẠNG

TƯỜNG Ô

Trong công tác thiết kế đập trọng lực bê tông dạng tường ô của các công trình thủy lợi - thủy điện, các công việc cần giải quyết của các cán

bộ thiết kế như sau:

+ Căn cứ vào nhiệm vụ và điều kiện làm việc cụ thể của đập mà định

ra các kích thước cơ bản, thông thường là chiều cao đập, bề rộng của đập, chiều dày của bản đáy, bản mặt thượng hạ lưu, các vách ngăn v.v

+ Từ các kích thước của đập được định ra, tính toán kiểm tra ổn định

và phân tích ứng suất biến dạng của đập Cụ thể là:

- Tính toán ổn định trượt, lật

- Kiểm tra sức chịu tải của nền

+ Tính toán chuyển vị của đập, nội lực trong các bộ phận kết cấu như mặt thượng lưu, bản mặt hạ lưu, các vách ngăn và bản đáy đập

Các nội dung tính toán trên thường được thực hiện với một đơn nguyên của đập

2.1 Tính toán ổn định của đập và kiểm tra sức chịu tải của nền

Về cơ bản, tính toán ổn định trượt, lật của đập và kiểm tra sức chịu tải của nền đối với đập trọng lực dạng tường ô không khác với đập bê tông trọng lực thông thường Dưới đây trình bày vắn tắt những nội dung chính

Hình 2-1: Mặt cắt điển hình của đập trọng lực bê tông dạng tường ô

- Trọng lượng bản thân của tường ô

- Áp lực của vật liệu đắp trong ô

- Động đất, nếu công trình được xây dựng trong vùng có nguy cơ động đất

2.1.2 Kiểm tra ổn định trượt và lật

a Tính toán hệ số ổn định trượt

Cũng giống như với đập bê tông trọng lực thông thường, dưới tác dụng của lực đẩy ngang đập có thể bị trượt trên mặt tiếp xúc giữa đập và nền

Hệ số ổn định trượt của đập được tính bằng công thức:

Hệ số ổn định lật được tính theo công thức:

CL L

GL

M K

M

= å

trong đó: MCL - tổng mô men chống lật

MGL - tổng mô men gây lật

c Kiểm tra ổn định

Các hệ số KL và KT được so sánh với các hệ số qui định trong qui phạm Các hệ số này thường có giá trị từ 1,05 đến 1,25 tùy theo cấp công trình Điều kiện để đập ổn định là:

Sau khi kiểm tra thỏa mãn điều kiện ổn định lật và trượt của đập, một công việc bắt buộc trong tính toán thiết kế là kiểm tra sức chịu tải của nền trên cơ sở xác định ứng suất nền khi đập làm việc ở trường hợp bất lợi Kiểm tra khả năng chịu tải của nền được thực hiện thông qua điều kiện:

trong đó: R: tải trọng tính toán tác dụng lên mặt nền ứng với trường hợp bất lợi nhất

Φ: tải trọng giới hạn của nền đập được xác định ứng với trạng thái giới hạn của nền

Trường hợp nền đập bao gồm nhiều lớp khác nhau thì phải kiểm tra cho từng lớp đất một, nhất là đối với lớp đất yếu Công thức tính toán kiểm tra:

TC i

TC i

P F

σZi: ứng suất tăng thêm tại độ sâu ứng với đỉnh lớp đất thứ

i do tải trọng PTC gây ra

l, b: chiều dài và chiều rộng của móng thực

A, B, D: các hệ số được tra bảng lập sẵn với các trị số dung trọng γ, góc ma sát φ và độ sâu của từng lớp đất nền

m: hệ số vượt tải

2.2 Tính toán nội lực và chuyển vị

2.2.1 Phương pháp đơn giản

Về cơ bản, đập bê tông dạng tường ô có kết cấu tương tự như kết cấu tường sườn, trong đó bản mặt tiếp nhận lực, các tường ngăn vuông góc với bản mặt là các sườn chống làm nhiệm vụ chống đỡ cho bản mặt, còn các tường ngăn song song với bản mặt làm nhiệm vụ tăng ổn định cho các sườn chống Dưới tác dụng của các lực ngang (áp lực nước, áp lực sóng,

áp lực bùn cát v.v.) bản mặt chủ yếu chịu uốn còn các tường ngăn chủ yếu chịu nén

Với bản mặt, với các đập ít quan trọng có thể tính nội lực của bản mặt một cách đơn giản như sau:

+ Nếu bản mặt có kích thước h/b ≤ 1,5 trong đó h là chiều cao của đập, b là khoảng cách giữa hai sườn chống, thì bản mặt được tính như tấm ngàm ba cạnh tại đáy và hai bên sườn, cạnh phía trên tự do

Nếu bản mặt có kích thước h/b > 1,5 thì phần dưới của bản mặt tính như bản ngàm ba cạnh, cạnh trên tự do như ở trên Phần bản mặt phía trên bản mặt làm việc như một dầm liên tục có gối tựa tại vị trí các sườn chống Để tính phần bản mặt phía trên này, chọn một số băng đại diện có

bề rộng 1m như hình 2-2, trong đó tải trọng phân bố đều q là tổng lực tác dụng vào bản mặt tại băng tính toán Với sơ đồ lựa chọn này dễ dàng xác định được nội lực của dầm như hình vẽ trong hình 2-2

M

Hình 2-2: Sơ đồ tính toán nội lực bản mặt đập

Trị số của nội lực dễ dàng được tính dựa vào các bảng tra theo công thức:

M = K.q.l2

trong đó: K, p là các hệ số được tra trong các bảng lập sẵn

Với bản đáy, sơ đồ tính cũng được dùng tương tự, chỉ có điểm khác là trong các ngoại lực tác dụng vào bản đáy có phản lực nền Một cách gần đúng có thể lấy phản lực nền bằng ứng suất trên mặt tiếp xúc giữa bản đáy và nền

Các sườn chống, ngoại trừ hai sườn ở ngoài cùng, chủ yếu chịu nén

do lực truyền vào từ bản mặt và trọng lượng bản thân của sườn Hai sườn ngoài cùng của mỗi đơn nguyên, ngoài chịu lực còn chịu uốn bởi áp lực đất đá ở trong ô Mô men uốn và lực cắt trong các sườn này do áp lực đất

đá trong ô gây ra có thể tính giống như tính bản mặt chịu áp lực nước tĩnh hoặc áp lực bùn cát

Tương tự, các vách ngăn song song với bản mặt để tăng cứng cho các sườn, ngoài chịu lực trong mặt phẳng của vách bởi lực truyền vào từ các sườn, còn chịu uốn bởi chênh lệch áp lực đất đá trong ô phía trước và phía sau vách

Cần nhấn mạnh là, cách tính toán nêu trên chỉ là gần đúng Để có kết quả sát thực hơn phải sử dụng các phương pháp hiệu quả hơn như phương pháp PTHH

2.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn

a Mô phỏng tường ô cùng làm việc với nền

Khi tính bằng phương pháp PTHH có thể mô phỏng kết cấu đập trọng lực dạng tường ô ở dạng vỏ gấp Đó là vỏ dạng ống có các mặt là mặt phẳng chịu tải trọng vuông góc và song song với mặt phẳng của vỏ

Để xét sự làm việc đồng thời của đập với nền có thể mô hình hóa nền dưới đáy đập bằng một trong các cách sau:

Nền đàn hồi tuyến tính: Để tính các kết cấu đặt trên nền phải xác định được lực tương tác giữa kết cấu với nền hay còn gọi là phản lực nền Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lực này phụ thuộc vào tính chất cơ học của vật liệu nền, vào chiều sâu của tầng đất chịu nén, vào tính chất cơ học của vật liệu kết cấu, vào hình dạng và kích thước bề mặt tiếp xúc của bản đáy đập với nền v.v Để xác định phản lực nền, người ta đã mô phỏng nền bằng những mô hình tính toán, song cho đến nay chỉ có một số dạng mô phỏng được chấp nhận ứng dụng vào tính toán thực tế Với mục đích để phân tích chọn lựa mô hình nền cho việc thiết lập tính toán tấm đặt trực tiếp trên nền hoặc vừa đặt trên nền và cọc, dưới đây sẽ trình bày các nét chính

về mô hình nền thường được sử dụng

+ Sử dụng mô hình nền Winkler

Mô hình nền Winkler mô phỏng nền bằng một hệ thống lò so thẳng đứng, mỗi lò so mô phỏng một cột đất, khi có lực nén tác động trực tiếp trên lò xo theo phương thẳng đứng lò so sẽ bị lún, song các lò so làm việc độc lập nhau, biến dạng của lò so này không ảnh hưởng đến lò so kia và ngược lại Lực nén dọc theo trục lò so xuất hiện khi lò so bị biến dạng chính là phản lực nền Với giả thiết các lò so có biến dạng đàn hồi tuyến tính phản lực nền được xác định theo công thức:

Mô hình nền Winkler được minh họa trên hình 2-3

p q

Hình 2-3: Mô hình nền Winkler

Những kết quả tính toán và thí nghiệm kiểm chứng cho thấy, mô hình nền Winkler mô phỏng khá gần ứng xử của nền trong phạm vi đặt móng nếu xác định được hệ số nền k đúng đắn So với mô hình nền nửa không gian biến dạng đàn hồi tuyến tính thì mô hình nền Winkler tạo điều kiện đơn giản cho việc thiết lập thuật toán giải bằng tay cũng như lập chương trình giải trên máy tính Tuy vậy, mô hình Winkler có nhược điểm là bỏ qua ma sát giữa các cột đất nên đã không kể đến được ảnh hưởng của lực đặt ngoài phạm vi móng đến kết cấu đặt trên móng hoặc ảnh hưởng của công trình mới xây đến công trình hiện có Để xét tới ảnh hưởng này có thể sử dụng mô hình nền hai hệ số trình bày ở mục dưới

+ Sử dụng mô hình nền hai hệ số

Mô hình nền hai hệ số (mô hình nền Pasternak) mô phỏng nền bằng một hệ thống lò so thẳng đứng níu kéo nhau bằng những lò so xiên Lò so đứng mô phỏng biến dạng lún của một cột đất, lò so xiên mô phỏng ma sát giữa hai cột đất kề liền (hình 2-4 )

Hình 2-4: Mô hình nền hai hệ số

Do kể đến lực ma sát giữa hai cột đất nên phản lực nền sẽ bao gồm hai thành phần:

Phản lực nền thẳng đứng: Pln = kl.w (2.8) trong đó: kl: hệ số nền thứ nhất tương ứng với hệ số k của mô hình nền Winkler

Phản lực nền là lực ma sát giữa hai cột đất:

2

w x

=

¶(2.9a)

trong đó: k2x và k2y là hệ số nền thứ hai cũng được xác định bằng thí

+ Sử dụng mô hình nền nửa không gian vô hạn đàn hồi tuyến tính

Coi nền đất dưới đáy đập là nửa không gian vô hạn đàn hồi tuyến tính Tuy vậy, khi tính bằng phương pháp PTHH, theo kinh nghiệm tính toán, đủ chính xác có thể giới hạn phần nền dưới đập theo chiều sâu ít nhất bằng chiều cao của đập, phần nền theo phương dòng chảy ít nhất bằng ba lần chiều rộng đáy đập theo phương dòng chảy và chiều rộng đáy đập theo phương vuông góc vói dòng chảy bằng ba lần bề rộng đáy đập theo phương này Cùng với giới hạn này, áp điều kiện biên về chuyển vị theo phương đứng ở đáy ở khối nền, chuyển vị ngang theo phương dòng chảy ở mặt thượng hạ lưu của khối nền và chuyển vị ngang theo phương vuông góc với phương dòng chảy ở mặt trái và phải của khối nền bằng không (hình vẽ 2-5)

Hình 2-5: Mô hình nền nửa không gian vô hạn đàn hồi tuyến tính

b Cơ sở về vỏ gấp theo phương pháp PTHH

Khi tính toán cho kết cấu vỏ gấp bằng phương pháp phần tử hữu hạn Coi vỏ gấp là kết cấu tổ hợp của hai kết cấu: Dầm tường và tấm chịu uốn Dầm tường là kết cấu chịu lực trong mặt trung gian của tường và nội lực xuất hiện trong tường cũng nằm trong mặt phẳng đó Chúng là các lực dọc Nx, Ny gây kéo hoặc nén và Nxy gây trượt Tấm chịu uốn là kết cấu chịu lực vuông góc với mặt phẳng của tấm Nội lực xuất hiện trong tấm

bao gồm mô men uốn Mx, My, mô men xoắn Mxy, lực cắt Qx, Qy Chú ý là chỉ số x, y trong ký hiệu nội lực của dầm tường và tấm chịu uốn là pháp tuyến của mặt trên đó nội lực tác dụng

Khi giải bài toán kết cấu vỏ gấp bằng phương pháp phần tử hữu hạn, kết cấu được chia thành nhiều phần tử các phần tử được nối với nhau tại một số điểm trên đỉnh hoặc cạnh phần tử Các điểm này được gọi là các điểm nút Phần tử được sử dụng phổ biến là phần tử chữ nhật Việc phân chia như vậy được gọi là rời rạc hóa kết cấu Số phần tử càng lớn, kích thước của các phần tử càng nhỏ, kết quả càng gần với lời giải chính xác Khi tính kết cấu bằng phương pháp PTHH thường hay sử dụng mô hình tương thích và giải bằng phương pháp chuyển vị Cụ thể là, trong phạm vi phần tử giả thiết một hàm xấp xỉ với chuyển vị thực của kết biểu diễn qua các thành phần chuyển vị của kết cấu ở nút phần tử, sau đó xây dựng phương trình để xác định các chuyển vị nút trong toàn kết cấu Phương trình này có dạng là phương trình Đại số tuyến tính nên có thể giải dễ dàng bằng các chương trình lập sẵn [1]

c Các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi để giải bài toán vỏ gấp bằng PP PTHH

Với dầm tường, các phương trình liên hệ giữa biến dạng và chuyển vị của tấm được biểu diễn dưới dạng ma trận: [5]

.

T

e = ¶ d(2.10)

trong đó:

0 0

T

x y

x y xy

được gọi là vectơ biến dạng εx, εy là biến dạng

dài tỷ đối theo phương x, y và γxy là biến dạng góc tỷ đối trong mặt phẳng

xy

u v

î þ được gọi là vectơ chuyển vị

Liên hệ giữa ứng suất và biến dạng được biểu diễn ở dạng ma trận:

σ = D.ε (2.11)

m m m

được gọi là vectơ ứng suất, σx, σy là ứng suất

pháp theo phương x, y và τxy là ứng suất tiếp trong mặt phẳng xy

Với tấm chịu uốn phương trình liên hệ giữa biến dạng và độ võng của tấm được biểu diễn ở dạng ma trận:

ε = z.χ (2.12)

trong đó: z là khoảng cách từ điểm xét đến mặt phẳng trung bình của tấm, còn χ là vectơ độ cong của điểm tương ứng với điểm bất kỳ trên mặt trung gian của tấm được xác định bằng công thức

2 2 2

2 2

2

w x w

w y

w 2

x y c

2 2

x y

M = Du.χ (2.13)

m m m

là vectơ nội lực của tấm với Mx, My là mô men

uốn còn Mxy là mô men xoắn tác dụng lên mặt cắt của tấm có độ dài bằng đơn vị

d Phương trình tính toán kết cấu vỏ gấp bằng phương pháp PTHH

Để thiết lập phương trình tính toán vỏ gấp bằng phương pháp PTHH cần xấp xỉ các chuyển vị nằm trong mặt phẳng và chuyển vị uốn của phần

tử vỏ Nếu sử dụng phần tử có dạng chữ nhật, hàm xấp xỉ chuyển vị trong mặt phẳng của vỏ có dạng song tuyến, hàm xấp xỉ chuyển vị uốn có dạng bậc ba thiếu, cụ thể là:

u = a1+ a2x + a3y + a4xy

v = a5 + a6x + a7y + a8xy

þ

ïï ï ï

ý ü

ï ï ï ï

î

ïï ï ï

í

ì

ú ú

ú û

3

1 0 0 0 0 0 0 0 0

0

0 0 0 1

0 0 0 0

0

0 0 0 0 0 0 0 1

b

b a a

xy y

x

xy y x

xy y x

w

v

u

M M

(2.15)

ue = P.a trong đó:

ï þ

ï ý

ü

ï î

ï í

ì

=

w v

u

ú ú

ú û

ù

ê ê

ê ë

0

0 0 0 1

0 0 0 0

0

0 0 0 0 0 0 0 1

xy y

x

xy y x

xy y x P

ï ï ï ï

þ

ïï ï ï

ý ü

ï ï ï ï

î

ïï ï ï

b

b a a

a

M M

trong đó : ai, bi là các hệ số của đa thức

Hình 2-6: Chuyển vị nút ở các đỉnh phần tử

Nếu biểu diễn các hệ số ai, bi qua chuyển vị nút ở các đỉnh của phần

tử (Hình 2-6) thì biểu thức (2.15) có thể viết ở dạng ma trận

Ue = P.C-1.Δe (2.16)

trong đó: C-1 - ma trận nghịch đảo của ma trận tọa độ

Ma trận C thu được bằng cách lần lượt thay thế vế trái của (2.15) bằng các chuyển vị nút và các trị số x, y của vế phải bằng tọa độ nút tương ứng

Δe - véc tơ chuyển vị nút phần tử có dạng

ym xm m m yi xi i i

u , , , q , q , , , , q , qNếu gọi Δ là vectơ chuyển vị nút của kết cấu thì rõ ràng là các thành phần của vectơ này sẽ bao gồm các thành phần của vectơ chuyển vị của nút của các phần tử Về mặt toán học vị trí của chuyển vị nút phần tử trong vectơ chuyển vị nút của kết cấu có thể biểu diễn thông qua ma trận

L được gọi là ma trận định vị các thành phần của vectơ chuyển vị nút của phần tử trong vectơ chuyển vị nút của kết cấu Sử dụng ma trận L có thể biểu diễn vectơ chuyển vị nút của phần tử Δe thông qua vectơ chuyển vị của kết cấu Δ ở dạng:

Δe = L.Δ (2.17)

Ma trận L có số hàng bằng số thành phần chuyển vị nút trong một phần tử và số cột bằng số thành phần chuyển vị nút trong toàn kết cấu Các phần tử của ma trận L chỉ lấy một trong hai giá trị 1 và 0 Giá trị 1 ứng với thành phần chuyển vị nút trong vectơ chuyển vị nút kết cấu xuất hiện trong vectơ chuyển vị nút của phần tử, còn giá trị 0 ứng với chuyển

vị nút trong vectơ chuyển vị nút kết cấu không xuất hiện trong vectơ chuyển vị nút của phần tử

Lúc này, biểu thức (2.16) được viết ở dạng

Ue = P.C-1.L.Δ (2.18)

Với cách biểu diễn này vectơ biến dạng và vectơ ứng suất trong phạm

vi phần tử trình bày ở trên được xác định qua vectơ chuyển vị nút Δ của kết cấu ở dạng:

εe = B.L.Δ (2.19)

σe = S.L.Δ (2.20)

Theo [1], chuyển vị xấp xỉ sẽ là chuyển vị thực nếu ứng với nó thế năng biến dạng toàn phần của kết cấu xác định bằng công thức

dv p u dv

e

e T e e

v

T e

trong (2.21) pe - tải trọng ngoài ở dạng lực phân bố thể tích tác dụng vào phần tử

Thay (2-19) và (2-20) vào (2.21) ta được biểu thức tính thế năng biến dạng toàn phần của kết cấu biểu diễn qua chuyển vị nút viết ở dạng ma trận

1 2

Lấy đạo hàm của thế năng biến dạng toàn phần theo Δ và cho bằng 0

ta được phương trình xác định chuyển vị nút:

K.Δ = F (2.25)

trong đó: Δ: vectơ chuyển vị nút trong toàn kết cấu đóng vai trò ẩn của bài toán, các thành phần của vectơ này là các thành phần chuyển vị tại các điểm nút

F: vectơ tải trọng nút của kết cấu có các thành phần tương ứng với các thành phần của vectơ chuyển vị nút Từ biểu thức (2.22) xác định F có thể thấy thành phần của vectơ tải trọng nút được xác định từ giá trị của tải trọng đặt vào kết cấu và kích thước hình học của các phần tử

K: ma trận các hệ số của ẩn, thường được gọi là ma trận cứng của kết cấu Từ biểu thức (2.22) xác định K, có thể thấy các phần tử của ma trận này có giá trị được xác định từ kích thước hình học của các phần tử và đặc trưng cơ học của vật liệu kết cấu

e Tính kết cấu đập trọng lực dạng tường ô bằng phương pháp PTHH

Để tính kết cấu đập trọng lực dạng tường ô bằng phương pháp PTHH nếu không xét đến biến dạng của nền, có thể sử dụng trực tiếp phương trình (2.25) Còn nếu như muốn xét đến biến dạng của nền thì phải bổ sung vào ma trận cứng K của phương trình (2.25) độ cứng của nền bằng

cách đưa độ cứng của lò so vào các nút ở đáy đập, nếu dùng mô hình nền Winkler, hoặc xét một phần nền dưới đáy đập

về giao diện và các loại mô hình vật liệu được xem xét Nhiều phần mềm dùng phương pháp PTHH để tính toán như SAP, SAMCEF, ANSYS, STAAD PRO, STRUDCAD, mỗi phần mềm có tính năng nổi bật và áp dụng cho các bài toán khác nhau

2.3.2 Lựa chọn phần mềm tính toán SAP2000

a Xuất xứ

Bộ phần mềm SAP2000 do công ty CSI (Computers and Structures Inc) của Mỹ chuyên viết phần mềm cho ngành xây dựng Phần mềm SAP2000 là phần mềm nổi tiếng trên thế giới, và đã được sử dụng rất nhiều trong các bài toán thiết kế các công trình xây dựng cầu đường, xây dựng dân dụng và trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện SAP2000

có khả năng tính toán mạnh, hỗ trợ nhiều loại kết cấu làm việc ở nhiều trạng thái khác nhau chịu tác động của nhiều loại tải trọng Có thể áp dụng SAP2000 để giải các kết cấu với cấu tạo khác nhau như: hệ thanh,

hệ tấm vỏ, kết cấu đặc Các kết cấu có thể làm việc ở các trạng thái đặc biệt như: trạng thái ứng suất phẳng, biến dạng phẳng, đối xứng trục, biến dạng lớn Về vật liệu có thể mô tả vật liệu đẳng hướng, trực hướng, dị hướng hay vật liệu với các tính chất phi tuyến Về mặt tải trọng tác dụng, SAP2000 hỗ trợ rất tốt với sự đa dạng về thể loại đó là: tĩnh tải với các

loại lực, nhiệt độ, gối lún, dự ứng lực v.v ; hoạt tải với nhiều loại xe tiêu chuẩn, xe do người dùng tự định nghĩa tác dụng trên nhiều làn phức tạp phù hợp với nhiều quy trình đặc biệt là quy trình AASHTO; tải trọng động với nhiều dạng có phương pháp tính toán tiên tiến như: Tải trọng thay đổi theo thời gian, phổ phản ứng v.v Kết quả tính toán của chương trình đầy đủ và tin cậy Có thể xuất kết quả ra màn hình độ hoạ, văn bản hay máy in, hơn nữa có thể xuất kết quả dạng tập tin cho các chương trình thiết kế sau tính toán So với phiên bản trước, SAP2000 đã hoàn thiện và tích hợp phần thiết kế mặt cắt thép và bê tông cốt thép vào chương trình chính giúp việc sử dụng được thuận tiện, nhờ đó kết quả tính toán kết cấu

sẽ được sử dụng ngay trong phần thiết kế mặt cắt

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội trên, chương trình cũng có những khiếm khuyết nhất định như tính tương thích và hỗ trợ các bàn toán chuyên biệt Những quy trình tính toán sử dụng trong chương trình chủ yếu thích hợp với các nước Âu Mỹ Tính toán theo quy trình của ta cũng

có thể thực hiện được nhưng đòi hỏi người dùng phải mất nhiều thời gian hơn Do SAP2000 hỗ trợ tính toán gần như tất cả các loại kết cấu do vậy

so với các chương trình chuyên dụng nó không thể thuận tiện bằng

Tóm lại, SAP2000 là một công cụ mạnh, có độ tin cậy cao và có thể

sử dụng trong hầu hết các bài toán tính toán kết cấu Chương trình sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với các thuật toán xử lý số làm nền tảng Việc hiểu và sử dụng tốt chương trình không những trang

bị cho người sử dụng một công cụ hữu hiệu trong học tập, nghiên cứu và công tác mà còn giúp người dùng hiểu được các khái niệm cơ bản, phương pháp tính từ đó dễ dàng tiếp cận các phần mềm tính toán kết cấu khác

Cho đến nay bộ SAP2000 đã được công bố và được đón nhận, với nhiều công cụ mạnh, là chương trình chạy hoàn toàn trên môi trường

Windows Bộ SAP2000 có nhiều phiên bản khác nhau, hiện nay mới nhất

là phiên bản SAP2000 V15

b Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phần mềm SAP2000

+ Xác định hệ đơn vị

+ Tạo các đường lưới

+ Xây dựng mô hình kết cấu

+ Định nghĩa và gán các thuộc tính cho đối tượng

Hình 2-8: Cửa sổ khai báo loại phần tử

Hình 2-9: Cửa sổ khai báo vật liệu

Hình 2-10: Cửa sổ khai báo lực

Hình 2-11: Cửa sổ tính toán

Hình 2-12: Cửa sổ biểu thị kết quả

Chương 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐẬP TRỌNG LỰC

BÊ TÔNG DẠNG TƯỜNG Ô CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG CHỪNG

3.1 Giới thiệu công trình thủy điện Sông Chừng

3.1.1 Vị trí công trình

Công trình thủy điện Sông Chừng nằm trên sông Con là nhánh cấp I của sông Lô Thuỷ điện Sông Chừng xây dựng tại địa phận xã Yên Bình - huyện Quang Bình - tỉnh Hà Giang Có vị trí địa lý:

220o26’00’’ Vĩ độ Bắc

104o 38’00’’ Kinh độ Đông Cách trung tâm huyện Quang Bình 4 km về phía đông, theo quốc lộ

279 đi về phố Ràng tỉnh Lào Cai, cách quốc lộ 279 khoảng 2,5 km Sông Con bắt nguồn từ dãy núi cao chảy theo hướng Tây Bắc

3.1.2 Nhiệm vụ công trình

- Nhiệm vụ chính: Tạo nguồn phát điện cung cấp điện lên lưới điện quốc gia với công suất lắp đặt 19,5MW sản lượng điện trung bình năm 63,42.106 Kw, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh

- Phương thức khai thác thuỷ năng theo kiểu nhà máy thuỷ điện sau đập, tận dụng chênh lệch cột nước địa hình dòng chảy cơ bản và điều tiết năm để phát điện

- Xây dựng công trình thuỷ điện Sông Chừng giúp phần tăng sản lượng điện của tỉnh nói riêng và của cả nước nói chung, tạo công ăn việc làm cho người dân, mang lại lợi ích cho người lao động, doanh nghiệp và nhà nước

- Đầu tư xây dựng cụng trình thuỷ điện Sông Chừng sẽ tạo ra sự phát triển kinh tế của người dân địa phương, phát triển kinh tế vùng, đem lại lợi ích cho người dân trong vùng nói riêng và phát triển kinh tế của tỉnh

- Sau khi kết thúc xây dựng, công trình đưa vào quản lý khai thác sử dụng, khu vực xã Yên Bình với cơ sở văn hóa, xã hội do dự án để lại sẽ trở thành 1 điểm tập trung dân cư với cơ sở hạ tầng tốt Hệ thống đường

giao thông phục vụ thi công, phục vụ vận hành công trình, hệ thống đường dây tải điện sẽ tạo ra khả năng giao lưu kinh tế và xã hội của khu vực công trình với các khu dân cư trong tỉnh

3.1.3 Thông số công trình

- Dung tích toàn bộ của hồ chứa: Wtb = 45,6x106 m3

- Dung tích hữu ích: Whi = 20,8x106 m3

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT) = +120,00 m

6 Cao trình sân tiêu năng Ñstn m 68,00

8 Kết cấu thân đập:

TT Thông số Ký Đơn vị Trị số

5 Đường ống nhánh- đường kính Dnh m 2,5

6 Chiều dày đường ống thép nhánh d mm 12 (có đai tăng

cứng)

VI Các thông số chính nhà máy

1 Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy Qmax m3/s 60

2 Lưu lượng bảo đảm với p=85% Qbđ m3/s 9,4

3 Lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến với

10 Điện lượng trung bình năm Eo 106kw.h 63,42

16 Kích thước nhà máy LxBxH m 37,2x15,5x16,7

3.2 Tính toán lựa chọn kết cấu đập trọng lực bê tông dạng tường ô cho công trình thủy điện Sông Chừng

3.2.1 Cấu trúc địa chất công trình tuyến đập

Theo bản đồ địa chất khoáng sản 1/200.000 (tờ Bắc Quang- F- 48- XV) nền địa chất vùng dự án là các thành tạo đá biến chất cổ sinh sớm, một ít mạch đá macma xuyên cắt và tầng phủ đệ tứ mỏng:

- Các đá phiến thạch anh - mica, quarfit, đá phiến biotit - epidot, đá phiến horplenol - plagioclas - epidot, đá hoa của hệ tầng thác bà (PR3Î1tb), phân bố từ đoạn đập 2 lên thượng lưu

- Các đá phiến than, đá phiến silic, đá phiến actinolit, ít đá vôi sét hoa hóa của hệ tầng Hà Giang dưới (Î2hg1), phân bố từ cuối đoạn đập 2 xuống hạ lưu

- Các đá mạch phức hệ sông chảy, pha 3 (rgaD1 sc3), bao gồm: Đá mạch aplit, permatit chứa granat, xuyên cắt các đá phiến hệ tầng Thác Bà, phân bố rải rác trong vùng nghiên cứu

- Các thành tạo đệ tứ gồm: Pha tàn tích không phân chia (edQ) phân

bố gần khắp bề mặt địa hình đồi núi, (chỉ có một ít vùng lộ đá gốc ven sông suối) chiều dày không ổn định; bồi tích và bồi luỹ tích phân bố rải rác ở các dải hẹp ven sông và bãi bồi (a, apQ), chiều dày từ 0 m đến trên

10 m, vị trí và chiều dày tầng a, apQ thường biến động theo mùa (phụ thuộc vào qui mô nước lũ và vị trí phân bố của tầng a, apQ)

- Các đá gốc trong vùng đều bị nén ép, các thớ phiến uốn lượn, nhưng thế nằm chung (hướng dốc < góc dốc) là 1800¸2000

< 500¸600

Quan hệ tiếp giáp giữa 2 hệ tầng đá biến chất là bất chỉnh hợp kiến tạo bởi đới cà nát tân trinh là ranh giới tiếp giáp này

- Theo bản đồ địa chất 1/200.000 đới cà nát tân trinh phát triển theo phương vĩ tuyến (trùng với đường phương của đá nền), kéo dài khoảng 27

km, chiều rộng đới phá huỷ kiến tạo hàng chục mét đến trên trăm mét, theo TCVN 4253- 1986 thì đới cà nát tân trinh là quy mô đới phá huỷ kiến tạo của đứt gãy bậc 3 đến bậc 2

- Theo báo cáo địa chất công trình dự án thuỷ điện Sông Chừng do VGI lập, thì trong vùng nghiên cứu “có 3 đứt gãy bậc IV cắt xiên chéo ngang nền” đoạn đập 3 (tr 25) và trong phần chung (tr 9) cũng có 3 đứt gãy bậc IV là IV1 TB < 750, IV2 đn<500

và IV3 tn<500, trong đó IV3 nằm

trong vùng dự án, IV1 và IV2 nằm ở hạ lưu vùng dự án (chưa có số liệu cụ thể về quy mô tầng đứt gãy)

3.2.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

Động thái nước ngầm là yếu tố ĐCCT quan trọng để xem xét khả năng dâng và giữ nước của hồ chứa, khả năng ổn định thấm của nền công trình thuỷ công…

Vùng dự án thuỷ điện Sông Chừng có các phức hệ chứa nước và đặc điểm sau:

- Tầng nước chứa trong lỗ rỗng, vỉa lỗ rỗng của trầm tích sông aQ gồm á cát, cát cuội sỏi thuộc bãi bồi hệ số thấm phổ biến k = 10-2 ¸ 10-1cm/s phân bố rải rác ở ven và lòng sông Tại đây nước ngầm không áp, mực nước ngầm liên quan mật thiết với mực nước sông suối, quan hệ lưu thông và bù cấp 2 chiều

- Tầng chứa nước lỗ rỗng, vỉa, khe nứt của các đá phiến hệ tầng thác

bà và hệ tầng Hà Giang phân bố ở toàn vùng công trình Do đặc điểm phân bố lỗ rỗng, vỉa khe nứt phân bố không đồng đều, thay đổi nhiều theo

cả chiều ngang, chiều sâu, phụ thuộc vào mức độ phong hoá, nứt nẻ của

đá nền, thường tạo thành các đường thấm tập trung có K thấm lớn hơn nhiều lần so với tính thấm bình quân của đới Đây vẫn là nước ngầm không áp, nước ngầm ở 2 bên sông suối chủ yếu ở 2 do nước mưa thấm xuống, sau đó bài tiết dần ra sông suối

Theo báo cáo địa chất công trình của VGI (tr 19) lượng mất nước đơn

vị trong đới nước khe nứt xác định trong các hố khoan sông là:

Vị trí tuyến đập 2 ở độ sâu 12¸18 m, q = 0,40l/p.m

Vị trí tuyến đập 3, q = 0,45l/p.m (ở độ sâu 12¸18m)¸0,07l/p.m (20¸25m) ¸0,04l/p.m (¸30 m) (vùng 2 bên sông, vai đập chưa có tài liệu

hệ số thấm và mực nước ngầm trong đới này)

- Tính chất hoá lý của mặt nước: