Thuyết minh thủy công hồ chứa nước đa sị tỉnh lâm đồng

Tính toán cao trình đỉnh đập cho các phương án:Theo 14 TCN 157 - 2005 cao trình đỉnh đập được xác định từ 3 mực nướcMNDBT, MNLTK và MNLKT theo công thức: - MNDBT, MNLTK, MNLKT: Mực nư

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 2

1.1 CẤP CÔNG TRÌNH & CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ 2

1.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT 3

1.3 TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 8

1.4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP ĐẤT 9

CHƯƠNG II 12

THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ 12

2.1 BỐ TRÍ CHUNG TRÀN XẢ LŨ 12

2.2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC TRÀN 13

2.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỦA VAN TRÀN XẢ LŨ (PHƯƠNG ÁN B TRÀN =8M) 26

CHƯƠNG III 29

THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC DƯỚI ĐẬP 29

CỐNG ỐNG THÉP BỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 29

3.1 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 29

3.2 CẤU TẠO: 29

3.3 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG: 29

3.4 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC KÊNH HẠ LƯU 33

3.5 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC BỂ TIÊU NĂNG 34

BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG 35

CHƯƠNG I

1.1 CẤP CÔNG TRÌNH & CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ.

1.1.1 Cấp công trình.

- Theo TCXDVN 285-2002, cấp công trình xác định dựa trên 2 điều kiện:

- Theo chiều cao công trình và nền: Công trình đập đất trên nền đất á sét có chiềucao 25>H>15  Công trình cấp III

- Theo nhiệm vụ: Công trình cấp nước tưới cho 1.514,0ha  Công trình cấp IV.Vậy cấp của công trình là cấp III

- Tần suất gió tính toán lớn nhất và bình quân lớn nhất, P1= 4%, P2=50%

- Độ cao an toàn đỉnh đập với trường hợp MNDBT là a = 0,7m, trường hợpMNLTK là a’ = 0,5m, trường hợp MNLKT là a’ = 0,2m (theo 14 TCN 157 - 2005)

Tính toán cao trình đỉnh đập cho các phương án:

Theo 14 TCN 157 - 2005 cao trình đỉnh đập được xác định từ 3 mực nướcMNDBT, MNLTK và MNLKT theo công thức:

- MNDBT, MNLTK, MNLKT: Mực nước dâng bình thường, mực nước

lũ thiết kế và mực nước lũ kiểm tra

- hsl1%, hsl1%’ (m): Chiều cao sóng leo có mức đảm bảo 1% ứng với gió tính toánlớn nhất(P=4%) và gió bình quân lớn nhất(P=50%)

- a, a’, a’’: là độ cao an toàn ứng với trường hợp MNDBT, MNLKT vàMNLKT (m)

Cao trình đỉnh đập chọn theo giá trị lớn nhất trong hai công thức (2-1), (2-2) và(2-2)

2 6 102

H g

D W

D: Đà gió ứng với mực nước tính toán (m)

H: Là chiều sâu cột nước trước đập ứng với mực nước tính toán (m)

: Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió

K3: Hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái đập m.

K 4: Hệ số hệ số phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số  /h s1 %

hs1%: Chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%

* Tính hs1% như sau:

+ Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H>0,5tb)

Tính các đại lượng không thứ nguyên g.t/W và g.D/W2, trong đó t là thời gian gióthổi liên tục trong 6 giờ

T = 6 (giờ) = 21600 (giây)

Sau khi có các đại lượng không thứ nguyên ứng với từng mực nước tính toán tra

đồ thị (H- QPVN- C1-78) được các đại lượng không thứ nguyên tương ứng

h (m),  (s),  (m)

h = ).wgw

h g (

2 2

 = ).wgw

h g ( 2

 =



 2

2 tra đồ thịKết quả tính toán ghi trong bảng 1.1

1.2.1.2 Tính h' và h'sl1% Trường hợp MNLTK, W50%.

Tính tương tự như trường hợp MNDBT

1.2.1.3 Tính h' Trường hợp MNLKT, W50%.

Tính tương tự như trường hợp MNDBT

Kết quả tính toán xác định cao trình đỉnh đập ứng với từng trường hợp tính toánghi trong bảng 1.1

Bảng 1-1 Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập với các trường hợp.

- Để đảm bảo mỹ quan công trình và tăng an toàn cho đập, ta bố trí tường chắnsóng có chiều cao 0,8m so với cao trình đỉnh đập đất (chưa kể phần móng):

Sơ bộ chọn hệ số mái như sau:

- Mái thượng lưu mtl = 0,05H+2,00

Chiều sâu khoan phụt trung bình 20m tới tầng đá có hệ số thấm cho phép

MẶT CẮT NGANG ĐẬP

2 1.2.7 THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC THẤM.

Chọn thiết bị thoát nước lăng trụ kết hợp gối phẳng + áp mái, đỉnh lăng trụ+143,00m, mái trong mtr=1,5, mn =2, Đỉnh lăng trụ B = 3 m, cao trình đỉnh áp mái+144,50m

Dải lớp cát đệm tiêu nước nghiêng + gối phẳng bằng đá để hạ thấp đường bãohoà trong thân đập Chiều dày lớp cát là 1,5m có bố trí lớp vải địa kỹ thuật để khôngcho đất theo dòng thấm chui vào trong lớp cát Phần hai bên vai đập lựa chọn hìnhthức thoát nước kiểu áp mái có đỉnh cao dần theo mặt đất tự nhiên

LĂNG TRỤ THOÁT NƯỚC

1.3 TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT.

1.3.1 Nhiệm vụ tính thấm.

- Xác định lưu lượng thấm

- Xác định đường bão hoà trong thân đập

- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền

Trong phần này, chúng tôi đã dùng chương trình máy tính SEEP/W của hãngphần mềm địa kỹ thuật quốc tế (Geo-Slope, 1998) để giải bài toán thấm cho đập đất.Dựa trên lý thuyết về thấm chương trình máy tính, SEEP/W đã được thiết lậptheo phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán cho dòng thấm trong đới bão hoà vàđới không bão hoà

Phương trình vi phân dòng thấm ở trạng thái ổn định có dạng:

h hk

Q = lưu lượng dòng chảy biên [t-1],

Giải bài toán trên theo phương pháp phần tử hữu hạn, phương trình trên được viết lạinhư sau:

[K] {H} + [M] {H}, t = {Q}

Trong đó: [K] - Ma trận đặc tính phần tử

{H} - Vector thủy lực nút[M] - Ma trận chứa phần tử

t - Độ dày phần tử{Q} - Vector dòng chảyTrường hợp dòng thấm ổn định

[K] {H} = {Q}

Sau khi giải được thủy lực nút ta có thể tính Gradient, vận tốc dòng chảy và lưulượng dòng thấm qua một mặt cắt theo phương ngang Kết quả có thể cho ta các giá trịdưới dạng số, đường đẳng và các đồ thị quan hệ

Sơ đồ tính toán thấm cho đập được chọn tính cho 2 trường hợp là trường hợp cơbản và trường hợp đặc biệt cụ thể:

+ TH1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu mực nước min

+ TH2: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu mực nước max

1.3.2 Kết quả tính toán.

Bảng 153 Bảng thống kê kết quả tính thấm đập

TT Trường hợp tính Số liệu mực nước Kết quả tính

2 Trường hợp đặc biệt MNLTK Max 6,25 10-7 1,25

(Chi tiết xem trong phụ lục tính toán kèm theo)

Các vị trí trong thân đập có J < [Jcp] = 0,9 (đất á sét), [Jcp] = 1,3 (đất sét), nhưvậy thân đập đảm bảo điều kiện xói ngầm cục bộ Tại vị trí đống đá tiêu nước hạ lưuJra trong các trường hợp lớn hơn [Jcp] Như vậy cần chú ý làm tầng lọc ngược tại vị tríđống đá tiêu nước hạ lưu đập để đảm bảo điều kiện ổn định về xói ngầm cục bộ cũngnhư trôi đất

1.3.3 Tính lượng thấm mất nước trong tháng lớn nhất.

Tháng có lượng mất nước lớn nhất là tháng mà hồ có mực nước là MNDBT, hạlưu là mực nước min, khi đó:

Vt=Qt*30,5ngày*8,64.104s = 2,26*570*10-7*30,5*8,64*104 = 339,5m3/thángLượng thấm mất nước cho phép Vcp = 2%Vh = 337.600,0m3/tháng

Như vậy có Vt < Vcp, hồ không bị mất nước do thấm

1.4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP ĐẤT.

1.4.1 Giới thiệu chung.

Ổn định của mái đập được tính toán theo phương pháp cân bằng giới hạn củatừng thỏi bằng phần mềm Slope/W của hãng phần mềm địa kỹ thuật quốc tế (Geo-Slope, 1998) Áp lực nước lỗ rỗng từ chương trình Seep/W theo phương pháp phần tửhữu hạn đã đưa trực tiếp vào trong quá trình tính ổn định trượt Chúng tôi đã dùng

phương pháp Bishop để tính ổn định trượt mái, phương pháp này thoả mãn cân bằngmoment.

Phương trình tính toán của Bishop đơn giản có dạng:

1]

)

cos (cos

w

m tg u

w C

w Trọng lượng của dải đất tính toán;

 Chiều dài đáy dải;

 Góc giữa tiếp tuyến đáy mỗi dải và phương nằm ngang

1.4.2 Các trường hợp tính toán.

Toàn bộ lưới phần tử hữu hạn từ phần mềm SEEP/W được chuyển trực tiếp vàophần mềm SLOP/W để tính ổn định mái dốc Trong quá trình tính ổn định mái dốc, áplực nước lỗ rỗng được lấy trực tiếp từ kết quả tính thấm bằng phần mềm SEEP/W

Để đảm bảo đủ các trường hợp trong thực tế làm việc của công trình, chúng tôi đãkiểm tra ổn định mái thượng lưu và hạ lưu đập mặt cắt lòng sông trong các trường hợpsau:

+ TH1: Mực nước thượng lưu là MNDBT hạ lưu mực nước min

+ TH2: Mực nước thượng lưu là MNLTK hạ lưu mực nước max

+ TH3: Thượng lưu rút đột ngột từ MNLTK xuống mực nước thấp nhất có thểxảy ra, hạ lưu mực nước max

1.4.3 Kết quả tính toán.

Bảng 1-7 Bảng thống kê kết quả tính ổn định mái dốc

[K]: Hệ số an toàn cho phép và được xác định theo quy phạm:

Với tổ hợp cơ bản [K] = 1*11,30 = 1,30Với tổ hợp đặc biệt [K] =

1

30 , 1

* 9 , 0

= 1,17Kết quả trên cho thấy mái đập làm việc an toàn trong mọi trường hợp làm việc

CHƯƠNG II

Tính toán cho 2 phương án tràn xả lũ

- Phương án tràn tự do: Các thông số cơ bản

Cao trình mực nước lũ thiết kế : 159,22m

- Phương án tràn có cửa van: Các thông số cơ bản

Cao trình mực nước lũ thiết kế: 158,38m

Cao trình mực nước dâng bình thường: 157,20m

3 2.1.2 Bố trí chung tràn tự do:

Đoạn cửa vào: Lv = 22,5m

Căn cứ vào địa hình tại nơi xây dựng công trình, chọn hình thức ngưỡng tràn làtràn mặt cắt hình thang:

Chiều dài dốc nước: Ldốc = 45m

Chiều rộng dốc nước: B = 10m

Chiều dài đoạn nước rơi: Lrốc = 20m

Độ dốc đoạn sau ngưỡng: i = 0,12

4 2.1.3 Bố trí chung tràn có cửa van.

Đoạn cửa vào: Lv = 24,0m

Căn cứ vào địa hình tại nơi xây dựng công trình, chọn hình thức ngưỡng tràn là

tràn mặt cắt hình thang:

Chiều dài đoạn thu hẹp: Lth = 10m

Chiều dài dốc nước: Ldốc = 40m

Chiều rộng dốc nước: B = 8,0m

Chiều dài đoạn nước rơi: Lrốc = 20m

Độ dốc đoạn sau ngưỡng: i = 10%

2.2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC TRÀN.

2.2.2.1 Kiểm tra khả năng tháo của tràn:

Lưu lượng qua đập tràn mặt cắt hình thang được xác định theo công thức:

45 , 0 ) 1 3 ( 7 , 0

x x

0 , 2 81 , 9 2 15 37 , 0 957 ,

Q = 67,54 m3/s > Qxảmax = 59,26 m3/s

 Tràn đủ khả năng tháo được lưu lượng xả max

2.2.2.2 Xác định cột nước sau ngưỡng.

Sơ đồ tính toán thủy lực:

Hình 2-1: Sơ đồ tính toán thủy lực tràn

Năng lượng dòng chảy E01:

E01 = H01 + P1Trong đó:

H01- cột nước toàn phần trên ngưỡng tràn, bỏ qua lưu tốc tới gần H01  htr =1,99m

P1- Chiều cao ngưỡng tràn, P1 = 8,10m

E01 = 2,02 + 8,10 = 10,12

2 / 3 0

) (

* 95 , 0

93 , 5 )

( c 

có F(c)=0,2161 tra sổ tay thuỷ lực được c=0,045xác định được hc1 = cE01 = 0,045*10,12 = 0,46m

2.2.2.3 Tính toán thủy lực đoạn dốc nước.

Chiều dài dốc nước L=45m

Chiều rộng Bdốc = 10m

Độ dốc i=0,12

h đầu dốc = 0,46m

q = Q/b = 59,26/10 = 5,93m3/s

- Xác định độ sâu dòng đều trong thân dốc:

Sử dụng phương pháp đối chiều với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực

Q

i m R

ln) (  (m0- hệ số mái = 0)

Tính

26 59

12 0 8 ln)

Tra sổ tay thuỷ lực được Rln = 0,68

tính tỷ số h m

R

h R

b

50 , 0 726

, 0 71

, 14 68 , 0

10

0 ln

0 ln

q

81 , 9

926 , 5

* 3

2 3

B C

R n

k

k k R

1 1/6





0035 , 0 10

28 , 13

* 89 , 60

* 1

81 , 9



k

i

Từ kết quả trên cho thấy:

h=0,46m < h0 = 0,50m < hk=1,53m; i >ik  Đường mặt nước trong thân dốc làđường nước dâng kiểu cII

Tính toán đường mặt nước trên dốc nước theo phương pháp số mũ thủy lực.(Phương pháp V.I.Tsanomxki)

Sử dụng công thức sai phân:

l = i  jTrong đó:

2 ( ) 2

(

2 1 1

2 2 2

g

v h g

v

h    : ( = 1)

Còn : J =

R C

V 2 2

Kết quả tính toán trong bảng 2-1

Bảng 2-1: Kết quả tính toán thủy lực dốc nước trường hợp tràn tự do B Tràn = 15,0m.

2.2.2.4 Tính toán thuỷ lực kênh hạ lưu.

Tính toán thủy lực kênh hạ lưu nhằm xác định được mực nước hạ lưu công trìnhphục vụ cho việc tính toán tiêu năng

Tính toán mặt cắt kênh theo phương pháp thuỷ lực lợi nhất

Ri C

Q 

Trong đó: Q: Là lưu lượng thiết kế (m³/s)

: Là diện tích mặt cắt ướt của kênh (m2)

R: Là bán kính thuỷ lựcI: Là độc dốc đáy kênhC: hệ số Sezy xác định theo công thức C = Tính toán thủy lực kênh hạ lưu, Q = 59,26m3/3

- Chọn kênh hạ lưu có chiều rộng b = 15m, kênh hình thang có mái m = 2, độ dốcđáy kênh i = 0,0006 Tính toán thủy lực kênh sử dụng phần mềm “Thủy lực côngtrình” do trường Đại học Thủy lợi lập (kết quả tính toán cụ thể xem trang sau), xácđịnh được cột nước trong kênh là h = 2,2m

Kích thước mặt cắt ngang kênh hạ lưu sau tràn:

+ Chiều rộng kênh: B = 15,0m

+ Chiều cao kênh: Hk = 3,0m

So sánh mực nước tính toán trong kênh với mực nước ở hạ lưu công trình trongmùa lũ (Theo số liệu điều tra) cho thấy kết quả mực nước tính toán trong kênh  mựcnước điều tra, vậy mực nước hạ lưu tính toán là hợp lý

2.2.2.5 Tính toán tiêu năng.

Sơ đồ tính toán thủy lực:

Hình 2-3: Sơ đồ tính toán thủy lực tràn

- Lưu tốc cuối dốc v = 12,24m/s

- Chiều sâu nước cuối dốc hcd = 0,484m

- Chiều cao đoạn nước rơi P2 = 8,0m

Năng lượng dòng chảy E02:

E02 = h02 + P2

h = h + v2 = 0,484+ 1*12,242 = 8,12m

E02 = 8,12 + 8 = 16,12m

2 / 3 0 ) (

q = 59,26/15 = 3,95m3/s

2 / 3 12 , 16

* 95 , 0

95 , 3 )

Chiều sâu đào bể:

2

2

Q g

2

2

) 15 56 , 3 05 , 1 ( 81 , 9 2

26 , 59 ))

01 , 2 2 15 ( 01 , 2 ( 95 , 0 81

,

9

2

26 , 59

x x x

x x

x x

2.2.2.6 Tính toán thuỷ lực đoạn nước rơi.

- Chiều sâu nước cuối dốc hcd = 0,484m

2 1

V0 vận tốc ban đầu theo phương đứng

thay vào ta có phương trình

4,905t2 +1,28t = 8

giải phương trình ta được t = 1,16s

Chiều dài đoạn nước rơi

S = Vx*t = 12,17*1,16 = 14,12m

Chọn P = 20m theo điểu kiện ổn định của mái đất

Phương trình nước rơi như sau:

y = ax2 +bxTại đầu đoạn nước rơi, x=0, y=0 đạo hàm bậc nhất của phương trình bằng tan =id

 b = 0,12

Tại cuối đoạn nước rơi y = P = 8, x = S = 20  a = 0,014

Thay vào ta được phương trình nước rơi như sau:

y = 0,014x2 + 0,12xToạ độ đường cong như sau:

0.296

0.70

4 1.224 1.856 2.6 3.456 4.424 5.504 6.696 8

2.2.2.1 Kiểm tra khả năng tháo của tràn:

Lưu lượng qua đập tràn mặt cắt hình thang được xác định theo công thức:

  

(2-4)Trong đó:

45 , 0 ) 1 2 ( 7 , 0

x x

18 , 5 81 , 9 2 8 37 , 0 851 ,

Q = 131,55 m3/s > Qxảmax = 129,38 m3/s

 Tràn đủ khả năng tháo được lưu lượng xả max.

2.2.2.2 Xác định cột nước sau ngưỡng.

Sơ đồ tính toán thủy lực:

Hình 2-1: Sơ đồ tính toán thủy lực trànNăng lượng dòng chảy E01:

E01 = H01 + P1 Trong đó:

H01- cột nước toàn phần trên ngưỡng tràn

bỏ qua lưu tốc tới gần H01  htr = 5,18m

P1- Chiều cao ngưỡng, P1 = 4,0m

E01 = 5,18 + 4 = 9,18

0 / 3

) (

38 ,

s m b

* 95 , 0

17 , 16 )

( c 

có F(c)=0,613 tra sổ tay thuỷ lực được c=0,150

xác định được hc1 = cE01 = 0,150*9,18 = 1,38m

2.2.2.3 Tính toán thủy lực đoạn dốc nước.

- Các thông số của dốc nước:

+ Chiều cao cột nước đầu dốc: hđd = 1,38m

- Xác định độ sâu dòng đều trong thân dốc:

Sử dụng phương pháp đối chiều với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực

i m R

ln) (  (m0- hệ số mái = 0)

38 , 129

1 , 0 8 ln)

b

01 , 1 063

, 1 45

, 8 947 , 0

8

0 ln

0 ln

g

q

h k 2 , 99 3 , 00

81 , 9

17 , 16

* 1 3

2 3

B C

R n

k

k k R

1 1/6





0041 , 0 8

0 , 14 33 , 64

* 1

81 , 9

i k

Từ kết quả trên cho thấy:

h0 = 1,01m < h = 1,38 < hk = 3,00m; i > ik  Đường mặt nước trong thân dốc làđường nước hạ bII

Tính toán đường mặt nước trên dốc nước theo phương pháp số mũ thủy lực.(Phương pháp V.I.Tsanomxki)

Sử dụng công thức sai phân:

l = i  jTrong đó:

2 ( ) 2

(

2 1 1

2 2 2

g

v h g

v

h    : ( = 1)

Còn : J =

R C

V 2 2

Kết quả tính toán trong bảng 2-3

Bảng 2-3: Kết quả tính toán thuỷ lực dốc nước - Phương án tràn có cửa van B Tràn = 8m

h

(m)

B(m)

2.2.2.5 Tính toán thuỷ lực kênh hạ lưu.

Tính toán thủy lực kênh hạ lưu, Q = 128,3m3/3

- Chọn kênh hạ lưu có chiều rộng b = 15m, kênh hình thang có mái m = 2, độ dốcđáy kênh i = 0,0008 Tính toán thủy lực kênh sử dụng phần mềm “Thủy lực côngtrình” do trường Đại học Thủy lợi lập (kết quả tính toán cụ thể xem trang sau), xácđịnh được cột nước trong kênh là h = 2,93m

Kích thước mặt cắt ngang kênh hạ lưu sau tràn:

+ Chiều rộng kênh: B = 15,0m

+ Chiều cao kênh: Hk = 4,0m

2.2.2.6 Tính toán thuỷ lực bể tiêu năng.

Sơ đồ tính toán thủy lực:

Hình 2-4: Sơ đồ tính toán thủy lực tràn

- Chiều rộng bể B = 15m

- Lưu tốc cuối dốc v = 13,76m/s

- Chiều sâu nước cuối dốc hcd = 1,18m

- Chiều cao đoạn nước rơi P2 = 8,5m

Năng lượng dòng chảy E02:

E02 = h02 + P2

h02 = hcd + 2v g2 = 1,18 + 12*13*9,,76812 = 10,83m

E02 = 10,83 + 8,5 = 19,33m

2 / 3 02

)(

q: Lưu lượng đơn vị

b- Chiều rộng bể tiêu năng, b = 15m

q = Q/b = 129,38/15 = 8,63m3/s

1183 , 0 33

, 19

* 95 , 0

55 , 8 )