Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1. ĐI.ỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1. Điều kiện địa hình lưu vực sông Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình , những dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hướng Tây – Đông. Tuyến sông khá dài thẳng chảy theo hướng Nam – Đông Bắc. Đầu nguồn sống chảy trong lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi qua dải đồi , vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 2530m, hai bên bờ tại khu vực có dộ dốc trung bình khoảng 1:3. Về phía hạ lưu dòng sông mở rộng dần, địa hình tương đối thoải. Lập bản đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 , độ chênh cao giữa các đường đồng mức chính là 5m. Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 40m, thấp nhất là 5m, đấy sông ở cao trình 2m. 1.1.2. Điều kiện khí tượng thủy văn a) Khí hậu lưu vực Các tài liệu về mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió… được thống kê theo các số liệu đã đo được trong nhiều năm tại các trạm khí tượng thủy văn xung quanh khu vực công trình. Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác và công tác thi công công trình. b) Dòng chảy Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyến công trình. Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ tại các trạm thủy văn đặt trong lưu vực sông, bằng phương pháp tính toán quy đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định được đường quá trình lũ với các tần suất khác nhau. Bằng phương pháp điều tiết lũ, các giá trị lưu lượng tính toán và lưu lượng tính toán và lưu lượng kiểm tra qua công trình tháo lũ được xác định: Qtt = 1501 m3s Qkt = 1895 m3s Vận tốc dòng chảy trong lòng sông luôn nhỏ hơn vận tốc cho phép chống xói tại các mực nước khác nhau.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY SỐ LIỆU BAN ĐẦU - Đồ án giao đề số : 84 - Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 84) - Địa chất: Bảng SL1 Tên lớp Loại Chiều dày(m) 2- Sỏi sạn 0,6m 8- Đá cát kết,cuội kết 14m 12- Đá diorit 30m Bảng SL2 Loại Loại Địa chất Đường thành phần hạt K Chỉ tiêu lý đập Δ ɣtn P% cm/s T/m T/m >2 >50 10-1÷ 2,6÷ 2,7 1,85÷ 2,1 K Δ ɣtn Dhạt P% Ctn Øbh Cbh Độ T/m2 Độ T/m2 34÷ 38 34÷ 38 Øtn Ctn Rn E T/m2 T/m2 104x T/m2 50÷ 55 55÷ 65 2,51 ÷ 2,6 106x T/m2 5,66 ÷ 6,85 75÷ 80 39÷ 50 2,14 N Dhạt Đường thành phần hạt Øtn 0,35÷ 0,41 N 3 cm/s T/m T/m 10-8÷ 10-10 2,62÷ 2,74 2,3÷ 2,62 12 10-18÷ 10-20 2,7÷ 2,92 2,67÷ 2,9 0,05÷ 0,14 12,01 Bảng SL3 Tính chất lý vật liệu đắp đập ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Tên V ật liệu Đá đổ - Đường thành phần hạt K Δ Øtn ɣtn Ctn Øbh Cbh Độ T/m2 38÷ 42 N Dhạt P% cm/s T/m3 T/m3 >200 >50 10÷ 102 1,9÷2, 2,65 ÷ 2,8 T/m Độ 0,3÷ 0,5 38÷ 42 Đặc trưng hồ chứa: Bảng SL4 Các mức nước thiết kế lưu lượng thiết kế MNDBT MNKT MNC MNĐK CTĐS Qtt Qkt m3/s m m m m m m3/s 27 28,1 10,5 10,3 -2 1501 1895 Bảng SL5 Đường quan hệ lưu lượng mực nước hạ lưu Zhl(m) -1 10 13 18 Q(m3/s ) 69 205 562 975 1556 2698 5235 Bảng SL6 Tài liệu gió Trường hợp Mực nước dâng bình thường Mực nước kiểm tra Đà gió D (m) DP%=3887,5 D50%=4146,7 Vận tốc gió ( m/s) WP%=20,733 W50%=15,55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY PHÂN TÍCH SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 ĐI.ỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1 Điều kiện địa hình lưu vực sông Khu vực công trình nằm vùng địa hình dốc trung bình , dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hướng Tây – Đông Tuyến sông dài thẳng chảy theo hướng Nam – Đông Bắc Đầu nguồn sống chảy lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần qua dải đồi , vị trí hẹp lòng sông có chiều rộng khoảng 25-30m, hai bên bờ khu vực có dộ dốc trung bình khoảng 1:3 Về phía hạ lưu dòng sông mở rộng dần, địa hình tương đối thoải Lập đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 , độ chênh cao đường đồng mức 5m Đường đồng mức cao khu vực 40m, thấp 5m, sông cao trình -2m 1.1.2 a) Điều kiện khí tượng thủy văn Khí hậu lưu vực Các tài liệu mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió… thống kê theo số liệu đo nhiều năm trạm khí tượng thủy văn xung quanh khu vực công trình Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác công tác thi công công trình b) Dòng chảy Dòng chảy vào hồ chứa xác định mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) khu vực tuyến công trình Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ trạm thủy văn đặt lưu vực sông, phương pháp tính toán quy đổi khu vực tuyến công trình, ta xác định đường trình lũ với tần suất khác Bằng phương pháp điều tiết lũ, giá trị lưu lượng tính toán lưu lượng tính toán lưu lượng kiểm tra qua công trình tháo lũ xác định: - Qtt = 1501 m3/s Qkt = 1895 m3/s Vận tốc dòng chảy lòng sông nhỏ vận tốc cho phép chống xói mực nước khác c) Quan hệ lưu lượng mực nước hạ lưu ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Tại hạ lưu tuyến công trình, quan hệ lưu lượng với mực nước xây dựng theo công thức thủy lực chảy lòng sông thiên nhiên dựa số liệu mặt cắt: Hình 1.1.1.1.a.1.1 Bảng 1.1.2.1.c.1 Đồ thị quan hệ lưu lượng với mực nước xây dựng Bảng giá trịn mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán: Lưu lượng (m3/s) Mực nước (m) 1.1.3 Qtt Qkt 1501 1895 11,5 Điều kiện địa chất Dựa sở khảo sát, thăm dò toàn khu vực xây dựng công trình số liệu thu kết thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công rình bao gồm lớp đất đá phân bố đồng đều: - - - Lớp 1: lớp sỏi sạn với chiều dày 0,6m; hệ số thấm lớp lớn neen đặt công trình nên lớp đòi hỏi phải có biện pháp chống thấm chân khay tường Trong trường hợp ta bóc lớp đặt công trình lên lớp thứ (đá cát kết, cuội kết) Lớp 2: lớp đá cát kết, cuội kết dày 14m hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm cho nèn tốt mặt khác tiêu học ø lớn nên ổn định chống trượt tốt Địa chất thích hợp cho loại đập dâng nước vật liệu địa phương Lớp 3: lớp đá diorit, đá có độ bền học cao, hệ số thấm nhỏ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 1.1.4 Vật liệu xây dựng Qua khảo sát trữ lượng vật liệu quan vùng xây dựng công trình 1.2 NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH Hệ thống công trình đầu mối có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp nguồn nước phân phối lợi ích giũa ngành, phân phối chi phí cho ngành hợp lý sở nâng cao hiệu sử dụng nguồn nước đến mức cao Dự án xây dựng công trình chủ yếu trữ nước cung cấp nước tưới cho vùng nông nghiệp phía hạ lưu công trình, công trình kết hợp thực nhiệm vụ sau: - Phát điện Nuôi trồng thủy sản, du lịch, cải tạo môi trường… ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 2.1 CHỌN TUYẾN Trong việc thiết kế xây dựng cụm công trình đầu mối , vấn đề chọn tuyến đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng định đến kết cấu cách bố trí công trình cụm đầu mối, ảnh hưởng đến điều kiện thi công quản lý, khai thác, đến hiệu ích dự án công trình cuối đến giá thành dự án Tuyến hệ thống công trình đầu mối sông đồ án bố trí công trình hệ thống đập dâng nước , công trình tháo lũ, công trình lấy nước 2.1.1 2.1.2 Nguyên tắc chọn tuyến • Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến vùng có thung lũng hẹp để có khối lượng nhỏ cần phải đủ chỗ để bố trí công trình • Theo điều kiện địa chất, tuyến công trình nên có địa chất phù hợp với loại công trình để đảm bảo ổn định toàn công trình (lún, trượt, độ bền), phải đảm bảo yêu cầu chống thấm tốt quanh bờ • Theo điều kiện thi công, vùng tuyến cần có đủ mặt bố trí công trình phụ trợ phục vụ cho công tác xây dựng công trình • Đảm bảo dẫn dòng thi công thuận lợi • Gần vị trí có sẵn mỏ vật liệu đáp ứng yêu cầu xây dựng • Theo điều kiện vận hành: điều kiện vận hành thuận tiện, chi phí vận hành nhỏ • Theo điều kiện môi trường, di dân tái định cư: giảm thiểu tối đa mức ngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn giá trị văn hoá • Có hiệu tổng hợp cao Chọn tuyến xây dựng công trình Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt chỗ hẹp vào khoảng 86,7m, bố trí tuyến chiều dài tuyến khoảng 430m Tuyến áp lực chọn vị trí tựa vào hai bờ, ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY có chiều dài tuyến nhỏ, đủ bố trí công trình đầu mối tiện dẫn dòng thi công Phía thượng hạ lưu tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc bố trí công trình phụ trợ cho trình thi công Hình 1.1.1.1.a.1.2 Mặt cắt ngang tuyến đập 2.2 BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 2.2.1 Nguyên tắc chung bố trí công trình • Yêu cầu quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình hệ thống phải thoả mãn điều kiện làm việc đồng thời không làm ảnh hưởng đến công trình khác Khi bố trí cần ý đến điều kiện thuỷ lực dòng vào, dòng tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi, tháo phù sa… loại công trình, đập tràn, nhà máy thuỷ điện, công trình lấy nước… • Điều kiện kỹ thuật: Công trình thiết kế phải đảm bảo ổn định, độ bền, kích thước công trình tháo đảm bảo đáp ứng yêu cầu khả tháo, nối tiếp thượng hạ lưu, chế độ làm việc, vận hành bình thường • Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải nhất, hiệu đầu tư cao Bố trí công trình phải tận dụng vật liệu, lao động, tài nguyên khác Như cần tận dụng vật liệu địa phương, ứng dụng loại kết cấu xây dựng công công trình • Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu cách bố trí công trình cần tiện lợi cho việc tổ chức thi công thời gian ngắn ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY cần đặc biệt lưu ý đến phương pháp dẫn dòng thi công thuận lợi Chú ý lợi dụng công trình phục vụ cho thi công đê quai, đường hầm… làm công trình hệ thống • 2.2.2 Những điều kiện khác: Ngoài yêu cầu điều kiện bố trí công trình cần ý đến điều kiện mỹ thuật, kiến trúc tạo cảnh quan đẹp hài hoà Cần ý biện pháp công trình cho hư hỏng quan sát sửa chữa Bố trí công trình Trên sở phân tích số liệu ban đầu bình đồ khu vực xây dựng, điều kiện địa chất, điều kiện thi công sơ bố trí công trình sau • Đập dâng nước vật liệu địa phương bố trí toàn tuyến • Công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ bố trí hai bê bờ, song khu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nước nên bố trí công trình tháo lũ bên bờ phải hợp lý Tuyến đường tràn xác định dựa vào yếu tố thuỷ lực độ dốc cho phép đường tràn đất • Công trình lấy nước bố trí thân đập, nối tiếp sau hệ thống kênh dẫn nước chạy dọc theo bờ sông • Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) bố trí hai bên bờ phía hạ lưu ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG NƯỚC 3.1 CHỌN LOẠI ĐẬP DÂNG NƯỚC Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng tương đối thoải thuận lợi choi việc thi công xây dựng công trình đập dâng nước VLĐP Hơn nữa, địa chất công trình có lớp lớp đá cát kết, cuội kết dày 14m nên việc xây dựng đập dâng BTTL không khả thi, phù hợp laoij đập dâng VLĐP Đập dâng nước đập VLĐP, vào địa chất phương án chọn loại đập đề xuất: Đập đá đổ có lớp chống thấm 3.2 XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH Cấp công trình số quan trọng định lớn đến kích thước, giá thành công trình Cấp công trình xác định dựa vào yếu tố sau: • Loại đập, chiều cao đập, đập • Năng lực công trình (diện tích tưới) • Dung tích hồ chứa • Do diện tích tưới nên ta xác định cấp công trình theo yếu tố: loại đập, chiều cao đập, loại Cao trình đỉnh đập sơ xác định theo công thức: ∇ dd = MNLN + d - d: Độ vượt cao đỉnh đập so với MNTL Để xác định cấp công trình theo chiều cao đập sơ lấy d = 2m MNTL = MNKT = 28,1m Ta có: ∇ dd = 28,1 + = 30,1(m) Chiều cao đập lớn trường hợp đập lớp số H max = ∇ dd − CTDS = 30,1 − (− 2) = 32,1(m) Theo bảng 2.2 (trang 5, TCXDVN-285-2002) Nền đập đá chiều cao 32,1m nên cấp công trình cấp III ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 3.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ĐẬP DÂNG 3.3.1 Tính toán thông số sóng xác định cao trình đỉnh đập (tính toán cho trường hợp) a) Số liệu ban đầu dùng tính toán Bảng 1.1.1.1.a.2 MNDB T 27 MNKT 28,1 MNC 10,5 T 21600 s Cao trình đáy sông -2 hệ số mái dốc thượng lưu M1 Kiểu gia cố mái dốc thượng lưu đá lát khan Góc hướng gió với trục đập 0o Bảng 1.1.1.1.a.3 b) Mực nước thượng lưu MNDBT= 27m MNKT= 28,1 Cột nước trước đập H(m) H1= 29m H2= 30,1m Đà gió D(m) D= 3887,5m D= 4146,7m Vận tốc gió W W= 20,733m/s W= 15,55m/s Xác định cao trình đỉnh đập Hình 1.1.1.1.a.3.1 Sơ đồ tính toán cao trình đỉnh đập • ∇ dd = MNTL + d • d = ∆ h + hs1 + a Ta tính cho trường hợp: 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY • ∇ dd1 = MNDBT + d1; d1 = ∆ h1 + hs11 + a1 • ∇ dd2 = MNKT + d ; d = ∆ h2 + hs12 + a2 Trong đó: - ∆ h1 , ∆ h2 : Độ dềnh mực nước gió ứng với MNDBT MNKT hs11, hs12 : Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT MNKT a1, a2 : Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT MNKT So sánh trường hợp tính toán cao trình đỉnh đập chọn giá trị lớn làm cao trình thiết kế đập c) Xác định độ dâng mặt nước gió ΔH 2.10−6.W D ∆H = cosα G H Lần lượt thay số vào ta có: - ΔH1 = 0,0118m trường hợp MNDBT - ΔH2 = 0,0068m trường hợp MNKT d) Xác định chiều cao sóng leo (HSL) theo quy phạm Xác đinh thông số sóng khu nước sâu cho trường hợp : MNDBT MNKT w2 h1 = 0,16 1− g g D −3 + 6.10 w2 ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ w2 ÷ h2 = 0,16 1− 0,635 ÷ g + 1, 04.10 −3 g t ÷ ÷ w ⇒ h = { h1; h2 } Trong : - W : Vân tốc gió (m/s) - D : Đà gió(m) - T : Thời gian phát triển gió T=6h g τ λ= 2.π 11 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 0,625 w g.h τ = 19,5 ÷ g w Bảng 1.1.1.1.a.4 Giá trị h,τ tính toán Số liệu MNDBT MNKT h 0,73 0,55 τ 15,87 12,86 So sánh chọn lấy giá trị h,τ nhỏ TH Chiều cao sóng leo lên mái dốc có tần suất i% tính theo công thức sau: HSL = K1 K2 K3 K4 Hi% Trong đó: - K1 ,K2 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám vật liệu gia cố mái - K3 : Hệ số phụ thuộc tốc độ gió W hệ số mái dốc thượng lưu - K4 : Hệ số phụ thuộc độ dốc sóng - HI%: Chiều cao sóng tính toán ứng với tần suất i% tính theo công thức: H I % = K I % H • Trường hợp tính sóng leo lấy i= 1% • Ki% : tra theo đồ thị ứng với đường cong 1% Bảng 1.1.1.1.a.5 e) Kết tra, tính toán hệ số chiều cao sóng leo Hệ số K1 K2 K3 K4 Ki H1% HSL MNDBT 0,7 0,5 1,5 1,92 2,35 1,72 1,73 MNKT 0,7 0,5 1,32 1,95 2,43 1,34 1,21 Xác định độ vượt cao an toàn Công trình thuộc cấp III Ta có: Bảng 1.1.1.1.a.6 Độ vượt cao an toàn theo 14TCN 157-2005 Trường hợp tính toán MNDBT= 27 MNKT= 28,1 Độ vượt cao an toàn A(m) 0,7 0,2 12 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Bảng 1.1.1.1.a.7 Kết tính toán cao trình đỉnh đập Trường hợp tính toán MNDBT= 27 MNKT= 28,1 Cao trình đỉnh đập (m) 29,44 29,52 Cao trình đỉnh đập max giá trị Tăng thêm độ an toàn cho đập ta chọn cao trình đỉnh đập 30m 3.3.2 Thiết kế mặt đập (tính cho trường hợp) Lựa chọn hình dạng, kích thước hình thức gia cố mặt đập phải dựa yêu cầu: điều kiện làm việc; đảm bảo điều kiện ổn định đập, yêu cầu giao thông., yêu cầu thi công Trong trường hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng có chiến tranh xảy • Theo yêu cầu cấu tạo điều kiện thi công chiều rộng nhỏ mặt đập theo công thức: Bmin = 0,1.HD = 0,1.32 = 3,2m Trong đó: HD chiều cao đập HD = CTDĐ-CTĐS=30-(-2)=32m • Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thước máy thi công phạm vi hoạt động nó, nghĩa chiều rộng mặt đập phải đảm bảo cho máy móc sử dụng trình thi công đập công trình khác hệ thống dễ dàng Chiều rộng đỉnh đập tối thiểu Bmin=5m • Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng đỉnh khoảng 10-12m Từ yêu cầu ta chọn chiều rộng mặt đập giá trị B ta chọn B=10m Mặt đập sử dụng làm đường giao thông phục vụ cho giao thông nên mặt đường dải lớp bê tông atphalt Để nước mặt đập (do mưa) dễ dàng chảy xuống, mặt đập cần làm dốc hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựng trụ lan can cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe người lại 13 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Thiết kế hình dạng mái dốc kích thước đập (Tính cho hai trường hợp) a) Mái dốc Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trường hợp khai thác thi công Mái dốc thượng lưu thường xuyên chịu tác dụng áp lực nước, áp lực sóng, giảm đột ngột mực nước, áp lực va đập vật Mặt khác đặc trưng vật liệu: góc ma sát trong, lực dính đơn vị C bị giảm đất bão hoà nước gần toàn khu mái dốc thượng lưu, mái dốc thượng lưu thường chọn thoải so với mái dốc hạ lưu Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào yếu tố như: loại đập, chiều cao đập, lực tác dụng, đặc tính đất xây dựng đập, đặc tính nền, điều kiện thi công, điều kiện khai thác dựa vào kinh nghiệm đập xây dựng làm việc tốt với điều kiện chiều cao, loại đập địa chất Đối với đập dâng công trình đập đồng chất, vật liệu đắp đập đá đổ ta chọn hệ số mái dốc: b) • Mái thượng lưu: m1=2 • Mái hạ lưu: m2=2 Cơ đập Cơ đập đoạn nằm ngang mái dốc có tác dụng tăng thêm ổn định cho mái dốc, thu thoát nước mưa mái dốc, lại để theo dõi, kiểm tra đập thời gian khai thác Ngoài đập có tác dụng phục vụ thi công đặt máy móc Thông thường 15 – 20m người ta làm cơ, thượng lưu thường đặt thấp mực nước chết đoạn 2H1%, chiều rộng b = 3m để đảm bảo thi công giới dễ dàng.Phía thượng lưu đặt cao trình 7,82m Phía hạ lưu đặt cơ, ta đặt cao trình 1m 3.3.3 Tính chất gia cố cấu tạo mái dốc thượng lưu (Tính toán cho trường hợp) Chọn vật chống thấm kiểu lõi đứng làm đất sét Đây loại kết cấu chống thấm sử dụng phổ biến đập đá đổ Loại lõi có khối lượng nhỏ so với đập lõi nghiêng đập tường nghiêng Vì vật liệu có cường độ yếu thân đập kết cấu chống thấm trường hợp lõi đặt cách mặt trượt với cự li xa tối đa Đây lí để loại đập đá đổ có vật chống thấm lõi sử dụng rộng rãi 14 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Chiều dày tối thiểu tường lõi không nhỏ 3m Chiều rộng đáy không nên nhỏ 1/4 chiều cao cột nước tường lõi, chiều dày tường lõi phải thỏa mãn điều kiện độ bền chống thấm theo biểu thức: δ≥ Z [ J ] cp Trong đó: - δ : chiều dày tường lõi (m) - Z: độ chênh cột nước trước sau tường chống thấm (m) - [ J ] cp : gradient cho phép đất đắp, lấy: • Đối với đất sét: 5-10 • Đối với đất sét: 4-6 • Đối với đất sét nhẹ: 3-4 Trong thực tế, thường xác định chiều dày đỉnh sau vẽ mái dốc thường m=0,2-0,3 kéo dài xuống tới đáy, sau kiểm tra lại điều kiện δ Chọn chiều dày tường đỉnh 8m Chọn mái dốc VCT 0,2, với chiều cao tường đỉnh 29m t có chiều dày tường đáy 19,6m Kiểm tra: δ≥ Z 27 − 10,3 = = 3,34 => TM [ J ] cp Đỉnh tường lõi sau đạt độ lún cuối phải cao mực nước dâng bình thường có kể sóng leo độ dềnh gió không thấp mực nước lũ thiết kế cộng với chiều cao an toàn Chiều cao an toàn chiều cao từ mực nước lũ thiết kế hồ chứa tới đỉnh tường chống thấm Đối với công trình cấp 3, VCT tường lõi theo TC 14TCN-157-2005 ta có chiều cao an toàn 0,4m Như đỉnh tường lõi nằm cao trình 28,5m so với đáy sông 3.3.4 Tính toán thiết kế tầng lọc ngược • Tầng lọc ngược (TLN) lớp độ nối tiếp tầng đất hạt nhỏ bảo vệ với tầng đất hạt lơn Nhiệm vụ chủ yếu ngăn tượng sói 15 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY ngầm đất hạt nhỏ cần bảo vệ với tầng đất hạt lơn, tham gia nhiệm vụ gia tải chống tượng đùn đất • Do hạn chế đồ án môn học ta chọn tầng lọc ngược theo cấu tạo không tính toán chi tiết đường kính hạt lớp: Tầng lọc ngược gồm lớp bố trí khu vực chuyển tiếp lớp gia cố thượng lưu lớp chuyển giao VCT với thân đập: - Lớp sỏi đệm t = 0,2m Lớp cát chuyển tiếp t = 0,2m Hình 1.1.1.1.a.7.1 Mặt cắt ngang đập 16 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG TÍNH TOÁN THẤM VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP 3.4 TÍNH TOÁN THẤM Mục đích chủ yếu việc tính toán thấm qua đập đá xác định lưu lượng thấm qua tường chống thấm Hình 3.4.1.1.a.1.1 Sơ đồ tính thấm qua môi trường đá đổ Trong môi trường đá đổ khe rỗng lớn chuyển động nước không tuân theo quy luật Darcy, nghĩa lưu tốc thấm tỷ lệ bậc với gradient thấm Dòng thấm qua đá dòng rối, tính gần theo công thức giáo sư N.P.Puzurepski với sơ đồ tính toán hình 4.11 Tại mặt cắt N-N, cột nước thấm y ta có: q H13 − y = K2 3x Khi x=L, y=H2, công thức tính lưu lượng qua môi trường đá đổ dạng: q H13 − H 23 = K2 3L Trong đó: - q : lưu lượng đơn vị H1: độ sâu dòng thấm mặt cắt 1-1 H2: độ sâu dòng thấm mặt cắt 2-2 L: khoảng cách hia mặt cắt 1-1 2-2 K: hệ số thấm đá, phụ thuộc vào độ rỗng n, hình dạng kích thước đá Theo M.F.Xrapnui 17 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 3.5 TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP DÂNG NƯỚC Các công trình nói tới loại đập dâng nước đặt đá Khi khả ổn định toàn khối công trình sau: • Bị trượt theo năm đó, mặt tiếp xúc công trình nền, mặt cắt hay công trình (tại vị trí xung yếu) Mặt trượt xét mặt phẳng (nằm ngang nghiêng) • Bị lật quanh trục nằm ngang (ví dụ qua điểm chân đập hạ lưu) momen ngoại lực gây lật lấy trục vượt qua momen chống lật • Bị đẩy tác dụng lực hướng từ lên (áp lực thấm, thủy tĩnh, động đất…) Khi thiết kế công trình dạng trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng thân vật nặng đè lên nó), ta khống chế trường hợp, mép biên thượng hạ lưu đập không xuất ứng suất kéo, có xuất với giá trị nhỏ nói chung đập không bị lật đổ Vì việc kiểm tra khả lật thực tế không cần thiết Còn việc kiểm tra đẩy thường tiến hành cống, đập có ngưỡng thấp 3.5.1 a) Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại Khi mặt trượt nằm ngang K= f P Q Trong đó: - b) P: tổng hợp lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt trượt trở lên Q: tổng hợp lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt trở lên f: hệ số ma sát tiếp xúc mặt trượt , vật liệu công trình với đá nền, đá với đá hay lớp vật liệu công trình với Khi mặt trượt nằm nghiêng Theo đặc điểm bố trí công trình cấu tạo địa chất nền, xét mặt trượt nghiêng Khi tổng hợp lực gây trượt cần xét theo phương song song với mặt trượt, lực ma sát chống trượt gây tổng hợp hình chiếu lực phương vuông góc với mặt trượt Ta có: - P’: tổng hợp lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt trượt trở lên, trừ phần lực đẩy áp lực thấm áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt (theo phương vuông góc với mặt này) 18 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY - Q: tổng hợp lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt trở lên β: góc phương mặt trượt phương nằm ngang Các công thức tính hệ số an toàn ổn định trượt sau: • Khi mặt trượt nghiêng thượng lưu: • Khi mặt trượt nghiêng hạ lưu: K tr = K tr = P ' cosβ + Q sin β − Wdn f Q cos β − P 'sin β P ' cosβ − Q sin β − Wdn f Q cos β − P 'sin β Từ công thức cho thấy công trình tăng thêm ổn định mặt trượt nghiêng phía thượng lưu Vì vậy, gặp trường hợp đá có cá thớ nằm ngang, nghiêng hạ lưu, đào để tạo mặt trượt nghiêng thượng lưu, đào tạo thành hình cưa nghiêng thượng lưu để làm tăng định cho công trình Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại cho công thwucs tính toán đơn giản bỏ qua nhiều yếu tố làm tăng ổn định cho công trình (như lực dính kết mặt trượt) nên kết thiện an toàn Phương pháp thường dùng tính toán sơ chọn mặt đập, lựa chọn phương án 3.5.2 Phương pháp xét đến lực chống cắt mặt phá hoại Phương pháp xét đến thực tế lực để chông trượt mặt có ma sát, mà có lực dính kết mặt Ta có, cường độ chống cắt τ điểm mặt trượt biểu quan hệ sau: τ = f σ + C Trong đó: - f C đặc trưng chống cắt mặt phá hoại, có ý nghĩa tương tự hệ số ma sát lự dính đơn vị, τ: ứng suất pháp mặt tính toán Khi tính ổn định theo phương pháp xét lực chống cắt mặt phá hoại, trường hợp mặt trượt nằm ngang, công thức tính hệ số an toàn trượt sau: K tr = f P + A.C Q Trong đó: - A: diện tích mặt trượt 19 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Trường hợp mặt trượt nằm nghiêng, phương pháp phản ánh gần sát với thực tế làm việc công trình Các hệ số f C xác định kết nghiệm mẫu xử lý thống kê số liệu thí nghiệm cần ý điều kiện thí nghiệm thường khác nhiều so với tình hình làm việc thực tế công trình, trị số C thu từ thực nghiệm thường thiện lớn Đặc biệt trị số C thực tế thay đổi phạm vi rộng Vì vậy, trị số C tính toán phải lấy nhỏ trị số thu từ thí nghiệm 20 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ 3.1 CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ Công trình dâng nước cụm đầu mối đập VLĐP, công trình tràn nối tiếp với đập dâng phức tạp, với điều kiên địa chất không thuận lợi cho bố trí đập trạn dạng trọng lực, việc xây dựng công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ bên bờ hợp lý Dựa vào bình đồ mặt cắt ngang ta thấy bờ bên trái đập có địa hình dốc bờ bên phải Tuyến đường tràn tháo lũ bên bờ có chiều dài tương đương nhau, bố trí phía, tuyến công trình lấy nước đặt bên bờ phải nên ta chọn phương án đặt công trình tháo lũ dạng đường tràn đặt bên bờ trái Toàn tuyến chia thành đoạn đoạn thiết kế tính toán cụ thể theo phần đây: • Đoạn I: Kênh dẫn vào • Đoạn II: Đầu tràn • Đoạn III: Kênh tháo sau ngưỡng tràn • Đoạn IV: Công trình nối tiếp tiêu 3.2 THIẾT KẾ KÊNH DẪN VÀO Kênh dẫn có nhiệm vụ dẫn nước chảy vào ngưỡng tràn Tiết diện kênh tương đối lớn thu hẹp dần phía ngưỡng tràn Khi chọn cao trình dáy kênh ta phải xét đến: • Đáy kênh dẫn vào cao: khối lượng đào ít, vận tốc kênh lớn điều dẫn đến phải gia cố mái kênh • Đáy kênh dẫn vào thấp: khối lượng đào lớn không cần gia cố mái kênh • Trường hợp sử dụng kết hợp kênh dẫn kênh dẫn dòng thi công Để chọn đáy kênh hợp lý ta phải xét ba yếu tố Trong đồ án ta chọn cao trình đáy kênh , độ dốc kênh dẫn vào chọn i=0 21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 3.2.1 Kênh dẫn vào ngưỡng tràn Tuyến kênh dẫn vào trường hợp thường cong phải dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn đặt sâu bờ, bán kính cong bờ lồi nhỏ, bờ có tượng tách dòng, hình thành xoáy nước, làm tăng tổn thất nước, giảm lưu lượng khoang tràn biên, dùng xoáy nước tiến vào sát ngưỡng ràn, chế độ dốc nước bị ảnh hưởng, đồng thời ảnh hưởng tới đập dâng nước Đây nguyên nhân sản sinh sóng xiên dốc nước, xác định đường viền hai bờ kênh theo hai phương pháp Tuy nhiên tính theo phương pháp 1, kênh dẫn tuyến cong dạng bờ cung trnn thi công dễ dàng tổn thất cột nước lớn dòng chảy đoạn cong gây nên phân bố lưu lượng khoang đập không đồng Theo phương pháp đường viền hai bờ kênh có dạng lý tưởng có dạng đường dòng ngưỡng tràn đặt trùng với đường Điều kiện đại hình tuyến công trhhh đầu mối chọn dạng bờ lồi theo đường dòng ψ1=0,8π bờ lõm theo đường ψ2=0,6π, ngưỡng tràn đặt đường ϕ=0 Để vẽ đường viền cần phải chuyển số liệu mô hình tính toán vào công trình thực tế Chiều rộng đpp tràn mô hình tính toán B M khoảng cách hai giao điểm đường dòng ψ1(X1,Y1) ψ2(X2,Y2) với đường ϕ(X,Y) chọn hai đường viền hai bờ đường tràn tính theo biểu thức: BM = ( X − X ) + (Y1 − Y2 ) Trong đó: - (X1,Y1) (X2,Y2): Tọa độ giao điểm đường hai đường dòng với đường Hệ số tỷ lệ hình học mô hình thực tế: λ= BT BM Trong đó: - BT: Chiều rộng tràn thực tế Xác định giao điểm hai đường dòng ψ=0,6π ψ=0,8π với đường ϕ=0; 0,2π; 0,4π; 0,6π; 0,8π; π Lập bảng tọa độ thực tế giao điểm 22 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 23