Đang tải... (xem toàn văn)
Thi công công trình thuỷ lợi là môn khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật, tổ chức và quản lý để tiến hành thi công các công trình thuỷ lợi một cách nhanh, tốt, rẻ, an toàn
Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL Chương 1 THUỶ LỢI VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1.1. Thuỷ lợi và nhiệm vụ của thuỷ lợi 1.1.1. Vai trò của CTTL trong nền kinh tế quốc dân 1.1.1.1. Vai trò Trong nhiên liệu nước đóng một vai trò quan trọng không thể thiếu được đối với mọi sinh vật sống trên trái đất và trong nền kinh tế quốc dân. Nước phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong nền kinh tế quốc dân : phát điện, nuôi cá , GTVT . Ngược lại nó cũng có tác hại như : gây lụt lội , xói lở bờ. Trên trái đất nước phân bố không đều theo không gian và thời gian .Lượng nước chủ yếu tập trung vào mùa lũ , đồng thời cũng phân bố không đều trên lãnh thổ , vì vậy phải xây dựng các công trình thuỷ lợi để phân lại nguồn nước cho hợp lý . Những cụng trỡnh nhằm sử dụng nguồn tài nguyờn của nước và chống lại những tỏc hại của nú gọi là CTTL. 1.1.1.2. Lĩnh vực của CTTL + Thuỷ điện : lợi dụng năng lượng nước sông , biển để phát điện; + Thuỷ nông : dùng nước để tưới tiêu , chống xói mòn ; + GTVT; + Cấp và tháo nước cho khu công nghiệp , thành phố ; + Thuỷ sản :hồ nuôi cá ; Ngoài ra việc xây dựng các công trình thuỷ lợi còn phục vụ cho các yêu cầu khác công trình phục vụ thể thao, vệ sinh, nghỉ mát dưỡng bệnh. 1.1.2. Vị trí của CTTL trong nền KTQD và vấn đề lợi dụng tổng hợp nguồn nước 1.1.2.1. Tác dụng của nguồn nước đối với CTTL CTTL luôn luôn tiếp xúc hoặc ngâm trong nước chịu tổ hợp tải trọng rất phức tạp . Trong đó áp lực nước đóng một vai trò quan trọng. Vidụ áp lực thấm xuất hiện khi nước thấm qua công trình và nền (áp lực thuỷ động và áp lực thuỷ tĩnh) tác dụng lên đáy công trình gây nên sự mất ổn định, bị trượt. Áp lực thuỷ động còn xuất hiện khi vận tốc dòng thấm lớn , khi có lực xung kích lớn. Dòng chảy qua đập tràn, qua ống có thể hình thành áp lực chân không gây hiện tượng xâm thực bêtông, thép, gỗ. gây tác hại cho công trình trong thời gian rất ngắn. Nước còn gây tác hại xâm thực nền nhất là công trình xây dựng trên nền thạch cao. Công trình dưới nước còn chịu tác động của các sinh vật sống trong nước. 1.1.2.2. Điều kiện thiết kế và thi công công trình Những nhân tố thiên nhiên tác động vào công trình rất nhiều do đó người ta cần chú ý tới các điều kiện: địa hình, địa chất, thuỷ văn để quyết định hiệu suất công trình như dung tích hồ nước, chiều cao công trình, kết cấu của đập và giá thành xây dựng công trình. 1-1 Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL Các CTTL đều có đặc thù riêng: vì vậy khi thiết kế không tuân theo 1 mẫu nào cần phải có khảo sát thăm dò và phân tích các điều kiện thiên nhiên. Điều kiện thi công công trình thuỷ lợi cũng rất phức tạp vì đồng thời khi xây dụng công trình vẫn phải đảm bảo an toàn cho GTVT, tháo lũ. CTTL có khối lượng vật liệu lớn nên thời gian thi công tương đối dài 1.1.2.3. Ảnh hưởng của công trình thuỷ lợi đối với vùng lân cận Khi xây dựng các công trình thuỷ lợi nước sẽ dâng lên làm ngập lụt vùng thượng lưu, nhất là vùng lòng hồ chứa. Đất bị chuyển từ trạng thía khô sang ngập. Vì vậy việc nâng cao hay hạ thấp mực nước ngầm trước và sau công trình sẽ ảnh hưởng tới các vùng lân cận, giao thông dân cư và các vùng công nghiệp khác. 1.1.2.4. Hậu quả của công trình thuỷ lợi bị hư hỏng CTTL thường giữ lại một khối lượng nước rất lớn trong các hồ chứa, vì vậy nếu công trình bị hư hỏng thì khối lượng nước sẽ đổ dồn về phía hạ lưu gây tác hại to lớn . Vì vậy khi thiết kế thi công phải rất cẩn thận, nghiêm túc đánh giá các điều kiện thiên nhiên, xác định chính xác kết cấu và kích thước công trình cho hợp lí. 1.1.2.5. Vấn đề lợi dụng tổng hợp nguồn nước Việc lợi dụng tài nguyên thiên nhiên phải phù hợp lợi ích của con người , làm cho nền KTQD phát triển vì vậy lợi dụng tổng hợp nguồn nước tuân theo nguyên tắc cơ bản sau đây: + Khi khai thác nguồn nước với mục đích phát điện thì có thể kết hợp nuôi cá, tưới tiêu; + Chú ý hướng phát triển trong tương lai; + Lợi dụng các công trình sẵn có. 1.2. Lịch sử phát triển CTTL 1.2.1. Đặc điểm sông ngòi và tài nguyên thuỷ lợi nước ta Tài nguyên thuỷ lợi ở nước ta rất phong phú và đáp ứng được các yêu cầu phát triển của thuỷ lợi nước ta . Lượng nước lớn phân phối không đều, dòng sông dốc và hẹp mạng lưới sông phân bố hình song song và hình nan quạt nên hàng năm gây ra lũ lụt do đó phải xây dựng các CTTL. Chế độ thuỷ triều cũng rất phức tạp, gây khó khăn cho sản xuất công nghiệp, nông nghiệp.Đặc điểm thiên nhiên ở các lưu vực sông lớn cũng gây khó khăn cho việc xây dựng các công trình. 1.2.2. Tình hình xây dựng các công trình thuỷ lợi miền Bắc và miền Nam Trước cách mạng tháng 8: Pháp xây dựng được 12 hệ thống CTTL các công trình đó có tính chất đơn độc và phiến diện . Sau cách mạng tháng 8: Nước ta xây dựng được trên 50 hệ thống CTTL tông năng lực thiết kế về tưới trên > 1 triệu ha và trên 200.000 ha năng lực tưới, về tiêu phục vụ cho một triệu ha. Miền Nam: trước giải phóng công trình tưới 400.000 ha, sau giải phóng diện tích tưới trên 1 triệu ha . 1-2 Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL Về Thuỷ điện: trữ năng khoảng 90 tỷ KW với khoảng 21 triệu Kw công suất lắp máy nói chung chưa khai thác được nhiều, các nhà máy Bắc, Nam mới khoảng 30 vạn KW. Nhìn chung công tác thuỷ lợi đã thu được kết quả tốt chủ yếu về thuỷ nông và phòng chống lũ, các công cấp nước sinh hoạt cho nhân dân còn ít, chưa đạt hiệu quả. 1.3. Phân loại công trình thuỷ lợi và điều kiện làm việc của công trình thuỷ lợi 1.3.1. Khái niệm và phân loại công trình thuỷ lợi 1.3.1.1. Khái niệm Công trình xây dựng để sử dụng nguồn nước gọi là CTTL, nhiệm vụ chủ yếu là làm thay đổi, cải biến trạng thái tự nhiên của dòng chảy để sử dụng hợp lý và bảo vệ môi trường xung quanh tránh khỏi tác hại của dòng nước gây nên.1.3.1.2. Phân loại CTTL a. Căn cứ vào tính chất tác dụng lên dòng chảy - Công trình dâng nước - Công trình điều chỉnh - Công trình dâng nước - Các công trình chuyên môn *Công trình dâng nước: Phổ biến nhất của công trình dâng nước là các loại đập , đây là những công trình ngăn ngang sông tạo thành hồ chứa .Vật liệu làm đập bằng bêtông ,bêtông cốt thép, gỗ, đá, đất . * Các công trình điều chỉnh : Các công trình để khống chế xói lở lòng sông ,có thể làm thay đổi trạng thái dòng chảy , làm thay đổi hướng dòng chảy trong giới hạn lòng sông theo yêu cầu thiết kế và bảo vệ lòng sông tránh khỏi tác hại dòng chảy Công trình điều chỉnh bao gồm : đê ,đâp, tường, kè các đê đập không xây ngăn hết lòng sông mà chỉ một phần theo hướng của mặt cắt ngang . * Công trình dâng nước . Các công trình này bao gồm :kênh , mương , đường hầm ,cầu máng , đường ống làm bằng các loại vật liệu khác nhau: dẫn nước vào các tua bin ,đưa nước tưới ruộng , cấp nước cho thành phố . * Các công trình chuyên môn. Là các công trình được dùng cho mục đích kinh tế thuỷ lợi : -Trạm thuỷ điện -Công trình giao thông thuỷ . -Công trình thuỷ nông : Cống điều tiết ,hệ thống tưới ,tiêu -Công trình cấp nước và tháo nước . 1-3 Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL -Công trình cho cá b.Theo thời gian phục vụ : * Công trình lâu dài : Là công trình sử dụng thường xuyên trong quá trình khai thác * Công trình tạm thời : Là công trình sử dụng trong thời gian thi công hoặc sửa chữa những công trình cá biệt như : Đê quai sanh , công trình tháo nước thi công ,âu thuyền tạm thời. c.Phân loại theo quy mô công trình . Theo quy định tạm thời về phân cấp công trình và các tiêu chuẩn dùng trong thiết kế CTTL của bộ thuỷ lợi .CTTL phân thành loại và cấp theo nguyên tắc sau + Theo khả năng sản xuất CTTL chia ra thành 5 loại ( bảng 2-1/19) + Theo ý nghĩa công trình và quan hệ của nó đối với nền kinh tấ quốc dân : - Công trình chủ yếu - Công trình thứ yếu - Công trình tạm thời + Theo tính chất quan trọng của công trình chia ra : - Cấp I : Công trình đặc biệt quan trọng - Cấp II : Công trình tương đối quan trọng - Cấp III : Công trình ít quan trọng - Cấp IV : Công trình khong quan trọng Cấp công trình còn phụ thuộc quy mô , ý nghĩa và thời gian sử dụng công trình và được quy phạm quy định ( bảng 2-2/21) . Việc phân loại và phân cấp công trình có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong thiết kế và xây dựng vì nó ảnh hưởng đến ổn định , cường độ và độ bền của công trình Việc phân loại và phân cấp công trình thuỷ lợi còn phản ánh trình độ khoa học kỹ thuật của mỗi nước,mỗi nghành đều không giống nhau .Ngay đối với một nước sự quy định đó cũng thay đổi theo thời gian . 1.3.2. Công trình dâng nước 1.3.2.1. Khái niệm Công trình dâng nước là công trình tạo nên mực nước thượng lưu cao hơn mực nước hạ lưu Trong công trình dâng nước :đập đóng một vai trò quan trọng vì nó có mặt trong hầu hết các công trình dâng nước , và ảnh hưởng tới giá thành của hệ thống công trình 1.3.2.2. Phân loại a. Theo mục đích xây dựng đập - Đập dâng nước : chỉ có tác dụng dâng cao cột nước mà không có tác dụng điều chỉnh dòng chảy . 1-4 Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL - Đập giữ nước : là loại đập ngoài tác dụng dâng nước còn điều tiết dòng chảy ( giữ nước vào mùa mưa để dùng cho mùa khô ) b. Theo điều kiện ổn định của đập . - Đập trọng lực : là loại đập có trọng lượng lớn tạo nên lực ma sát giữa đập và nền để giữ ổn định do trọng lượng bản thân . c. Theo điều kiện tháo nước - Đập tháo nước : +Đập tháo nước mặt +Đập tháo nước sâu - Đập không tháo nước . 1.3.2.3. Điều kiện làm việc của công trình dâng nước a. Tác dụng của nước lên công trình Tác dụng tương hỗ của dòng chảy và công trình: Do công trình tạo nên cột nước lớn ở thượng lưu nên dẫn đến có độ chênh cột nước thượng, hạ lưu dẫn đến tác dụng thấm qua công trình. Mực nước thượng lưu dâng cao làm vận tốc dòng chảy giảm đi, nhưng khi dòng chảy tới gần các cửa tràn thì lưu tốc lại tăng lên gây xói lở đáy sông (sẽ được xét kỹ trong chương đập tràn). b. Tác dụng của dòng thấm dưới đáy công trình Do CTTL xây dựng trên nền đất thấm nước, đồng thời do độ chênh cột nước thượng hạ lưu lớn sẽ xuất hiện dòng thấm qua nền và bờ. Nước thấm sẽ gây áp lực lên đáy công trình có phương vuông góc với đáy gọi là áp lực thấm, áp lực thấm làm giảm nhẹ công trình và làm giảm khả năng chống trượt của công trình. Nước thấm có thể gây nên phản ứng hoá học hoà tan mang đi các hạt đất nhỏ về hạ lưu và dẫn đến xói ngầm cơ học. Biện pháp làm giảm áp lực thấm lên đáy công trình và chống hiện tượng xói ngầm, trôi đất bằng cách kéo dài đường viền thấm, làm sân phủ ở thượng lưu, cừ chống thấm. Hình 1- 1: Biện pháp giảm thấm và tiêu năng hạ lưu công trình 1.Thân đập 2.Cửa van 3. Sân phủ 4,5,6. Cừ chống thấm 7. Sân tiêu năng c. Tác dụng hóa lý của nước: ăn mòn kim loại, bêtông . d. Tác dụng của sinh vật 1-5 Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL Một số sinh vật sống ở nước gây tác dụng không tốt đối với công trình làm mục nát gỗ, hà ăn. Ngoài ra còn có một số vi khuẩt xâm thực vật liệu có loại hà gặm đá và móng bê tông công trình . e.Tác dụng của nền và bờ đối với công trình Nền của CTTL và bờ phụ thuộc vào cấu tạo địa chất và có ý nghĩa đối với khả năng làm việc đối với công trình đặc biệt là cường độ, độ biến dạng, mức độ nứt nẻ. 1-6 . Chương 1. Thủy lợi và điều kiện làm việc của CTTL Chương 1 THUỶ LỢI VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1. 1. Thuỷ lợi và nhiệm vụ của thuỷ lợi. quả. 1. 3. Phân loại công trình thuỷ lợi và điều kiện làm việc của công trình thuỷ lợi 1. 3 .1. Khái niệm và phân loại công trình thuỷ lợi 1. 3 .1. 1. Khái