Thiết kế đập thủy điện Lai Châu 1

Thủy điện Lai Châu nằm trong bậc thang và sẽ có qui trình vận hành liên hồ chứa cho hệ thống sông Hồng Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu, Huội Quảng, Bản Chát, Tuyên Quang, Thác Bà.. Đối với th

MỤC LỤC

PHẦN 1 TÌNH HÌNH CHUNG 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1

1.1 Công trình   1

1.2 Giới thiệu chung   1

1.3 Nhiệm vụ của công trình  2

1.3.1 Nhiệm vụ phát điện:  2

1.3.2 Nhiệm vụ cùng với các nhà máy thủy điện trên sông Đà phục vụ chống lũ  về mùa mưa, cấp nước về mùa khô cho đồng bằng Bắc Bộ   2

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 5

2.1 Điều kiện địa hình   5

2.2 Điều kiện về địa chất tuyến đập   5

2.2.1 Tuyến đập chính   5

2.2.2 Tính thấm của đất đá   10

2.2.3 Địa chất thủy văn   13

2.2.4 Nền đập tràn lòng sông (Bản vẽ 0304.2DC.07)   13

2.3 Hoạt động địa chất động lực   13

2.3.1  Hiện tượng sạt trượt   13

2.3.2 Karst   14

2.2.3 Hiện tượng phong hoá   14

2.2.4 Vật liệu xây dựng   15

2.2.4.1 Vật liệu đất dính 15

2.2.4.2 Vật liệu cát sỏi 16

2.2.4.3 Vật liệu đá cứng 16

2.3 Đặc trưng các yếu tố khí tượng   17

2.3.1  Nhiệt độ không khí   17

2.3.2  Độ ẩm không khí   18

2.2.3  Mưa   18

2.2.4  Gió   19

2.2.5  Bốc hơi   20

2.4.2 Dòng chảy lũ   22

2.5 Tài liệu địa hình   22

CHƯƠNG 3 CÔNG TÁC DI DÂN TÁI ĐỊNH CƯ 25

3.1 Công tác di dân và Tái định cư (TĐC)   25

3.2  Nhiệm vụ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Lai Châu, tỉnh Điện Biên  và cả vùng Tây Bắc   25

PHầN II THIếT Kế SƠ Bộ 27

CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 27

4.1 Xác định cấp công trình   27

4.2 Các chỉ tiêu thiết kế   27

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN CHọN 29

5.1 Đề xuất phương án khẩu diện tràn   29

5.2 Tính toán điều tiết lũ   29

5.2.1 Mục đích   29

5.2.2 Nguyên lý tính toán   29

5.2.3 Dạng đường quá trình lũ   30

5.2.4 Tính toán điều tiết lũ bằng phương pháp thử dần   32

PHầN 3 THIếT Kế Kỹ THUậT 37

A THIếT Kế ĐậP DÂNG 37

CHƯƠNG 6 THIếT Kế MặT CắT ĐậP 37

6.1 Mặt cắt cơ bản đập   37

6.2. Chiều cao mặt cắt cơ bản H   37

6.3. Chiều rộng đáy đập   38

6.3.1 Theo điều kiện ổn định   38

6.3.2 Theo điều kiện ứng suất   38

6.3.3 Chọn trị số B   38

CHƯƠNG 7 MẶT CẮT THỰC TẾ 39

7.1 Xác định cao trình đỉnh đập   39

7.2 Tính toán cao trình đỉnh đập   40

7.2.1 Theo MNDBT   40

7.2.3 Mực nước lũ kiểm tra   45

8.1 Mục đích và nguyên tắc kiểm tra   47

8.1.1 Mục đích   47

8.1.2 Lựa chọn mặt cắt kiểm tra   47

8.2 Phân tích các khả năng mất ổn định   47

8.2.1 Trường hợp tính toán   48

8.2.2 Phương pháp tính toán   49

8.2.3 Công thức tính toán và sơ đồ kiểm tra.   49

8.2.3.1 Kiểm tra ổn định về trượt phẳng: 49

8.2.3.2 Kiểm tra ổn định về lật 50

8.2.3.3 Kiểm tra độ bền trên mặt cắt tính toán 51

8.2.4 Tính toán cho từng trường hợp cụ thể   52

CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG 75

9.1 Bố trí các bộ phận   75

9.1.1 Đỉnh đập   75

9.1.2 Bố trí các hành lang   75

9.1.2.1 Tác dụng của các hành lang 75

9.1.2.2 Kích thước các hành lang 75

9.1.2.3 Bố trí các hành lang 76

9.1.3 Màn chống thấm   78

9.1.3.1 Mục đích thiết kế và vật liệu làm màn chống thấm 78

9.1.3.4 Xác định các kích thước của màn chống thấm 78

Kết luận 80

9.2 Cấu tạo chi tiết   81

9.2.1 Xử lý nền   81

9.2.2.1 Tiêu nước thân đập 81

9.2.2.2 Tiêu nước nền đập 82

9.2.3 Khe biến dạng   82

9.2.4 Vật chống thấm giữa các khe nối   82

9.3 Phân tích ứng suất bằng phần mềm   83

9.3.1 Mục đích   83

9.3.2 Các phương pháp tính ứng suất   83

9.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn   84

9.3.4 Ứng dụng phần mền SAP2000 để giải bài toán   85

9.3.5 Tài liệu tính toán   86

9.3.5.1 Mặt cắt tính toán 86

9.3.5.2 Điều kiện biên của bài toán 86

9.3.5.3 Các trường hợp tính toán 87

9.3.5.4 Các loại tải trọng tác dụng 87

9.3.5.5 Các chỉ tiêu tính toán của nền và vật liệu 87

9.3.6 Kết quả tính toán bằng phần mềm   88

9.3.6.1 Trường hợp 1 88

9.3.6.2 Trường hợp 2 92

9.3.6.3 Trường hợp 3 95

9.3.6.3 Trường hợp 4 99

9.3.6.4 Trường hợp 5 100

B THIếT Kế ĐậP TRÀN 105

CHƯƠNG 10 THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐẬP TRÀN 105

10.1 Mặt cắt cơ bản   105

10.1.1 Bố trí tổng thể   105

10.1.2 Dạng mặt cắt cơ bản   106

10.2 Mặt cắt thực dụng đập tràn   106

10.2.1 Xác định mặt cắt thực dụng đập tràn   106

10.2.2 Cách vẽ mặt tràn IK:   106

10.2.3 Tính toán các thông số mũi phun   108

10.3 Tính toán thủy lực tràn   110

10.3.1 Kiểm tra khả năng tháo   110

10.3.1.1 Hệ số lưu lượng m của đập tràn 110

10.3.1.2 Hệ số co hẹp bên ε 111

10.3.1.3 Tổng chiều rộng tràn nước b 112

10.3.2 Tính toán đường mặt nước trên tràn   112

10.3.2.1 Xác định lưu tốc và độ sâu dòng chảy cuối mũi phun 112

10.3.2.2 Xác định kích thước hố xói 119

10.4 Thiết kế kỹ thuật đập tràn   123

10.4.1 Cửa van và các thiết bị đóng mở cửa van   123

10.4.2 Trụ pin và trụ biên   124

10.4.3 Cầu giao thông   125

10.4.4 Phai và thiết bị thả phai   126

10.5 Tường phân dòng   126

10.6 Mục đích và nguyên tắc kiểm tra ổn định đập tràn   127

10.6.1 Mục đích   127

10.6.2 Nguyên tắc kiểm tra   127

10.7 Tính toán kiểm tra ổn định đập tràn   128

10.7.1  Công thức kiểm tra ổn định đập tràn   128

10.7.2 Các trường hợp tính toán.   128

10.7.3 Xác định các lực tác dụng giống nhau của cả 2 trường hợp   129

10.7.3.1 Trọng lượng các bộ phận của đập tràn 129

10.7.4 Xác định các lực tác dụng riêng của từng trường hợp cụ thể   132

10.7.4.1 Trường hợp 1: 132

10.4.7.2 Trường hợp 4 136

10.8 Tính toán ứng suất biến dạng đập tràn   139

10.8.1 Mô hình bài toán   139

10.8.3 Điều kiện biên bài toán   139

10.8.4 Xác định các lực tác dung lên tràn   140

10.8.5 Kết quả khi phân tích đập tràn bằng phần mềm   140

CHƯƠNG 11 BỐ TRÍ THÉP MỐ TRỤ TRÀN VAN CUNG 144

11.1 Tài liệu về bê tông và thép   144

11.2 Bố trí thép trụ pin   145

11.2.1 Thép đứng: nội lực xác định theo S33.   145

11.2.1.1 Trường hợp 1 hai của van đóng 146

11.2.2 Bố trí thép ngang   155

11.2.2.1 Trường hợp 1 hai cửa van đóng 156

11.2.2.2 Trường hợp 2 một cửa van đóng một cửa van mở 158

10.2.3 Bố trí thép tai van   161

10.2.3.1 Đặt vấn đề 161

10.2.3.2 Xác định góc  161

10.2.3.3 Nơi được bố trí cốt thép 162

10.2.3.4 Tính toán bố trí cốt thép 163

10.2.4 Kiểm tra nứt   163

 

 

PHẦN 1 TÌNH HÌNH CHUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1Công trình

Năm  2002,  Qui  hoạch  bậc  thang  thủy  điện  trên  sông  Đà  đã  được  Quốc  hội  thông 

qua  tại  kỳ  họp  thứ  hai  Quốc  hội  khóa  XI  (Nghị  quyết  số  13/2002/QH11)  và  Thủ 

tướng  Chính  phủ  đã  phê  duyệt  tại  văn  bản số 1320/CP-CN  ngày 22/10/2002,  theo 

1.3 Nhiệm vụ của công trình

Theo  Nghị  quyết  của  Quốc  hội  số  40/2009/QH12  ngày  25/11/2009  –  Quốc 

1.3.2 Nhiệm vụ cùng với các nhà máy thủy điện trên sông Đà phục vụ chống lũ

về mùa mưa, cấp nước về mùa khô cho đồng bằng Bắc Bộ 

  Theo qui hoạch bậc thang thủy điện sông Đà đã được phê duyệt tại văn 

bản số 1320/ CP-CN ngày 22 tháng 10 năm 2002, dung tích phòng lũ của các 

hồ chứa trên sông Đà là 7 tỉ m3 nước, trong đó: Hòa Bình là 3 tỉ m3 và Sơn La 

là  4  tỉ  m3.  Thủy  điện  Lai  Châu  nằm  trong  bậc  thang  và  sẽ  có  qui  trình  vận 

hành  liên  hồ  chứa  cho  hệ  thống  sông  Hồng  (Hòa  Bình,  Sơn  La,  Lai  Châu, 

Huội Quảng, Bản Chát, Tuyên Quang, Thác Bà). Đối với thủy điện Lai Châu, 

khi xả lũ thì dòng chảy được xả trực tiếp vào hồ Sơn La và được hồ chứa Sơn 

  Hồ  chứa thủy  điện  Lai  Châu  không  có  dung tích  chống  lũ,  tuy  nhiên, 

với  dung  tích  hồ  chứa  như  thiết  kế,  khi  xảy  ra  các  con  lũ  lớn  có  tần  suất 

0,01%  hay lũ  cực hạn  PMF thì hồ  chứa  thủy điện  Lai  Châu  có  tác dụng  cắt 

Tỷ lệ % lưu lượng lượng đỉnh 

lũ do Lai Châu cắt được 

Qxả (m3/s)  20752 MNTL (m)  297.52 PMF 

nghiệp,  vì thế   gặp những năm  ít nước  hiệu quả  phát điện  sẽ  bị  giảm.  Thuỷ 

điện  Lai  Châu  là bậc  thang trên  cùng,    tuy  việc  bổ  sung  nước  cho  hạ  du về 

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 2.1Điều kiện địa hình

 Vai đập bờ trái

  Hầm  ngang  HN1  vai  trái  phương  đào  trùng  với  phương  tuyến  đập  (356o), 

chiều  dài  theo  phương  đào  260m.  Theo  tài  liệu  khoan  thăm  dò  và  mô  tả  địa  chất 

trong hầm ngang khối đá gốc vai đập bờ trái là đá granit biotit, granođiorit và ít đai 

mạch gabrodiaba xuyên cắt chiều rộng đai mạch từ 0.5-2.3m. Mặt cắt địa chất công 

trình theo thứ tự từ trên xuống gồm các lớp, đới đất đá như sau : 

  + Lớp đất phủ (edQ+IA1) : Thành phần là á sét, ít gặp á cát lẫn ít dăm sạn là 

đá  granit  phong  hóa,  hàm  lượng  (5-15%)  đôi  khi  còn  sót  lại  những  khối  tảng  đá 

phong  hóa  cứng  trung  bình.  Chiều  dày  lớp  đất  sườn  tàn  tích  giao  động  từ  2-5m, 

chiều  dày  tổng  cộng  edQ+IA1  từ  2-10m  ở  phía  bờ  sông,  lên  phía  đỉnh  bề  dày 

  -  Đoạn  99-102m  :  Đá  còn  tươi  màu  xám  xanh,  ít  nứt  nẻ  đến  nứt  nẻ  trung 

  Đá  gốc  phần  vai  phải  cũng  như  vai  trái  và  lòng  sông  là  đá  granit  biotit, 

granođiorit  gặp  ít  đai  mạch  xuyên  cắt  là  gabrodiaba.  Mặt  cắt  địa  chất  công  trình 

theo thứ tự từ trên xuống như sau : 

  + Lớp đất phủ (edQ+IA1) : Thành phần là á sét, ít gặp á cát lẫn ít dăm sạn, 

đôi khi còn sót lại những khối tảng đá granit phong hóa cứng chắc trung bình đến 

mềm  yếu.  Chiều  dày  lớp  đất  sườn  tàn tích  (edQ)  phía trên  mỏng  một  vài  mét đến 

5m,  chiều  dày  lớp  IA1  giao  động  từ  5-10m.  Điện  trở  suất  =500-2000m.  Điều 

chỗ  tới  26m  (hố  khoan  NH71  phía  chân  đập  hạ  lưu).  Do  hạn  chế  của  đường  kính 

khoan  nên  các  tảng  có  kích  thước  lớn  khi  khoan  bị  phá  vỡ  thành  các  mảnh  nhỏ 

định  mái  dốc  là  hệ  thống  phương  á  vĩ  tuyến  có  góc  cắm  nghiêng  ra  sông  đó  là  ệ 

thống  290-34050-85o  ở  bờ  phải.  Ở  bờ  trái  thì  hệ  thống  phương  á  vĩ  tuyến  phát 

0, 03 0, 5 0,17



0, 04 0, 44 0,16



0, 7 26, 0 4,17



số rỗng 

tự nhiên 

ε0 

Độ bền kháng cắt 

Modun biến dạng 

γs 

Tự nhiên 

γn 

Khô  

 kG/cm2 

 kG/cm2 edQ  26  1,81  1,67  1,32  1,053  20/17  0,35/0,25  100/70  0,35  2.10-4 

IA1  23  1,82  1,78  1,36  0,992  22/18  0,27/0,20  120/80  0,35  2.10-4 

0 0

TN

BH

E E

Cường độ kháng kéo (kG/cm2) 

Tính toán nền 

Tính toán mái dốc 

H P

P

d

2.2.3 Địa chất thủy văn 

  Xác định mực nước ngầm trong các hố khoan bằng múc nước thí nghiệm đo 

hồi  phục  mực  nước  ở  2  vai.  Mực  nước  ngầm  phía  trên  đỉnh  nằm  dưới  mặt  đất  tự 

nhiên  về  mùa  khô  từ  50-60m  ở vai phải  và  40-45m  ở vai trái.  Sự giao  động  nước 

2.3.1 Hiện tượng sạt trượt 

  Thung  lũng  sông  Đà  trong  phạm  vi  vùng  hồ  có  sườn  dốc  30-45o,  phía  trên 

chiều dài khối  sạt  từ  10-30m, cắt  sâu  vào  lớp đất 1-5m.  Những  khối  sạt  trượt này 

đều  xuất  hiện  vào  mùa  mưa,  mùa  khô  không  thấy  xuất  hiện  sạt  trượt  tiếp.  Hiện 

không  quan  sát  được  những  hố  sụt  hay  phễu  karst.  Các  khối  vôi  trong  lòng  hồ  ở 

Mường  Mô  và  Sao  Mai  xuôi  về  phía  hạ  lưu  đều  bị  chia  cắt  bởi  các  đá  xâm  nhập 

phức hệ Điện Biên và các trầm tích lục nguyên hệ tầng Suối Bàng, hệ tầng Nậm Pô 

bao phủ. Các chỏm vôi sót trên mặt quan sát được có hiện tượng hoà tan rửa lũa do 

nước mưa tạo thành những chỏm đá sắc nhọn nhấp nhô. Kết quả đo vẽ tại thực địa 

kết  hợp  phân  tích  thành  phần  thạch  học  các  đá  trong  hệ  tầng  với  các  lớp  đá  vôi 

phiến  sét,  sét  vôi  xen  kẹp  không  đồng  nhất  nên  có  thể  suy  xét  được  mức  độ  phát 

triển  karst  trong  hệ  tầng  Sông Đà  không  mạnh,  không  có  khả  năng  phát  triển  liên 

-  Đới  phong hoá  (IB)  :  Đá  bị  biến màu  dọc theo  bề  mặt  khe  nứt,  có chỗ  bị  

biến  màu  hoàn  toàn,  ít  gặp  vật  liệu  đá  bị  phá  huỷ  thành  đất.  Cường  độ  của  đá  bị 

-  Dung  trọng  khô  k=2.86-2.89g/cm3,  dung  trọng  bão  hòa  bh=2.87-2.90g/cm3  ; 

cường độ kháng nén thỏi đá n=105-116MPa ; trạng thái bão hòa nbh=93-103MPa. 

Nhiệt độ không khí trung bình tháng và năm – ToC 

Lai Châu  17.1  18.6  21.9  24.9  26.2  26.5  26.4  26.5  25.8  23.8  20.3  17.3  22.9 

Sơn La  14.9  16.6  20.1  23.1  24.7  25.3  24.9  24.6  23.6  21.4  18.1  15.3  21.1 

Mg. Tè  16.7  18.2  21.0  23.9  25.7  26.3  26.1  26.2  25.4  23.5  20.1  17.0  22.5 

Hòa Bình  16.7  18.1  21.0  24.8  27.5  28.6  28.6  28.0  26.9  24.6  21.1  17.8  23.6 

Độ ẩm tương đối trung bình tháng, % 

2.4 Các đặc trưng thủy văn

2.4.1Phân phối dòng chảy năm 

Từ kết quả tính toán chuỗi số liệu dòng chảy năm tuyến đập Lai Châu, tính 

toán  phân  mùa  dòng  chảy  năm.  Mùa  thủy  văn  được  xác  định  theo  chỉ  tiêu  “vượt 

trung  bình”.  Mùa  lũ  bắt  đầu  từ  tháng  VI  đến  tháng  X,  mùa  kiệt  từ  tháng  XI  đến 

tháng  V  năm  sau. Trong  đó  các  thông  số  của đường  tần suất  dòng  chảy  năm  (Qo, 

Cv,  Cs)  được  xác  định  theo  chuỗi  từ  19022009  và  bằng  phương  pháp  Moment. 

Các thông số dòng chảy năm tại tuyến đập Lai Châu được trình bày ở bảng 2.10. 

 +Biểu đồ quan hệ Z- W 

F

0 50 100 150 200 250 300 350

W

- Số giờ sử dụng Nlm:         3911 giờ

 

CHƯƠNG 3 CÔNG TÁC DI DÂN TÁI ĐỊNH CƯ 3.1 Công tác di dân và Tái định cư (TĐC)

tái  định  cư  thủy  điện  Lai  Châu  cũng  được  tỉnh  Lai  Châu  xem  xét  trong  bối 

cảnh  phát  triển  kinh  tế-xã  hội  chung  của  tỉnh,  tạo  điều  kiện  để  chuyển  đổi 

ngành  nghề,  chuyển  đổi  mục  đích  sử  dụng  đất  và  đầu  tư  đồng  bộ  cơ  sở  hạ 

tầng, nhất là hạ tầng về giao thông, thủy lợi, trồng rừng,… Rõ ràng, với sự ra 

đời của một công trình thủy điện lớn như thủy điện Lai Châu sẽ luôn là một 

cơ hội tốt có một không hai để địa phương như huyện nghèo miền núi Mường 

Tè và tỉnh Lai Châu tận dụng và phối hợp nhằm phát triển kinh tế, xã hội, làm 

PHầN II THIếT Kế SƠ Bộ CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 4.1 Xác định cấp công trình

Cấp công trình được xác định từ hai điều kiện: 

I Theo năng lực phục vụ

Công trình thủy điện Lai Châu có công suất lắp máy Nlm = 1200 MW. Theo 

TCXDVN 285 – 2002 bảng 2.1 ta xác định được công trình là cấp I. 

II Theo đặc tính kỹ thuật

Đập bê tông trên nền  đá, ta xác định sơ bộ chiều cao đập tra  theo  QCVN 04 – 05 

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN CHọN 5.1 Đề xuất phương án khẩu diện tràn

Có  nhiều  phương  pháp  dùng  trong  tính  toán  điều  tiết  lũ  bằng  hồ  chứa.  Tất  cả các 

phương  pháp  đều  dựa  trên  nguyên  lý  cơ  bản  của  việc  điều  tiết  lũ  là  việc  giải  hệ 

phương trình cân bằng nước (1) và phương trình thủy lực tràn (2): 

2 1 2

2

qqt2

QQ



D



D



 t1 - t2   tại thời điểm t1 khi Q = Q0 ta mở hết cửa van để xả lũ, với Q0 là khả 

5.2.4 Tính toán điều tiết lũ bằng phương pháp thử dần

Btràn  105  10736,24  13,83  300,83  529,84 

 

B tràn = 105 m, chia làm 7 khoang mỗi khoang rộng 15 m

Vsc (106m3) (m) 

  

PHầN 3 THIếT Kế Kỹ THUậT

A THIếT Kế ĐậP DÂNG CHƯƠNG 6 THIếT Kế MặT CắT ĐậP 6.1 Mặt cắt cơ bản đập



n f

c

n K K

CHƯƠNG 7 MẶT CẮT THỰC TẾ 7.1 Xác định cao trình đỉnh đập

D V

cos

2

 Trong đó: 

g m

46  0,0042    0,906  m

9,81

gh V h

h s1%  1%

2

V D g

 1

30,63  0,0065    0,622  m

9,81

gh V h

% 1

CHƯƠNG 8 TÍNH TOÁN ổN ĐịNH ĐậP DÂNG 8.1 Mục đích và nguyên tắc kiểm tra

8.2.3 Công thức tính toán và sơ đồ kiểm tra

8.2.3.1 Kiểm tra ổn định về trượt phẳng:

 

8.2.3.3 Kiểm tra độ bền trên mặt cắt tính toán

 Trong đó: 

 M0: Tổng  moment lấy  với  tâm  mặt cắt  đáy  móng  (cùng  chiều  kim đồng  hồ