thiết kế hồ chứa nước ea đrăng

Điều kiện tự nhiên 1.1.1.Vị trí địa lý Công trình thuỷ lợi hồ chứa nước Ea Đrăng được dự kiến xây dựng trên suối Ea Đrăng thuộc địa phận Thị trấn Ea Đrăng – Huyện Ea H’leo.. 1.1.2.Đặc đ

PHẦN  I: TÀI LIỆU CƠ BẢN   4 

CHƯƠNG 1 : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH  KINH TẾ   4 

1.1. Điều kiện tự nhiên   4 

1.1.1.Vị trí địa lý   4 

1.1.2.Đặc điềm địa hình, địa mạo xây dựng công trình   4 

1.2.Điều kiện địa chất.   4 

1.2.1 Tuyến đập đất đầu mối:   4 

1.2.2 Tuyến tràn xả lũ:   5 

1.2.3 Tuyến cống   5 

1.2.4 .Vật liệu xây dựng:   6 

1.3.Tình hình dân sinh kinh tế.   7 

1.4.Hiện trạng thủy lợi và điều kiện cần thiết xây dựng công trình   7 

1.5.Nhiệm vụ công trình   7 

CHƯƠNG 2:GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ THÀNH PHẦN CÔNG      

TRÌNH ĐẦU MỐI   8 

2.1. Các hạng mục công trình   8 

2.1.1 Tuyến đập   8 

2.1.2 Tuyến tràn xả lũ.   8 

2.1.3. Tuyến cống lấy nước.   8 

2.2.Các thông số tính toán   9 

2.2.1 Các mực nước tính toán , bùn cát   9 

2.3.Xác định cấp bậc công trình   9 

2.3.1.Theo chiều cao công trình và loại nền   9 

2.3.2.Theo nhiệm vụ của công trình   9 

2.3.3.Kết luận   9 

2.4.Xác định các chỉ tiêu thiết kế chính   9 

PHẦN II :THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CỦA CÔNG TRÌNH   10 

3.Thiết kế đập đất   10 

3.1.Vị trí tuyến đập   10 

3.1.1 Tuyến đập phương án I (PAI):   10 

3.1.2 Tuyến đập phương án II (PAII):   11 

3.2 Hình thức đập   11 

3.3.Xác định cao trình đỉnh đập   11 

3.3.1 Cao trình đỉnh đập:   12 

3.4.Thiết kế mặt cắt cơ bản   19 

3.4.1 Bề rộng đỉnh đập:   19 

3.4.2 Mái và cơ đập:   19 

3.4.2.1 Mái đập:   19 

3.4.2.2 Cơ đập:   19 

3.4.4 Thiết bị thoát nước thân đập:   19 

3.4.1 Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước   19 

3.4.2 Đoạn sườn đồi: Hạ lưu không có nước   19 

3.4.6 Chống thấm cho thân đập:   20 

3.5. Tính thấm qua đập và nền:   20 

3.5.1 Các trường hợp tính toán: : Khi thiết kế đập ta cần tính thấm với các  trường hợp khác nhau như:   20 

3.6 Tính toán ổn định đập đất:   37 

3.6.1 Mục đích tính toán:   37 

3.6.2 Trường hợp tính toán:   37 

3.6.3 Tài liệu tính toán.   38 

3.6.4 Phương pháp tính toán:   39 

3.6.5 Các bước tính toán   39 

Chương IV.Thiết kế tràn xả lũ   57 

A.Thiết kế   57 

1.Cấu tạo của tràn   57 

2.Cửa tràn    57 

3.Ngưỡng tràn    57 

4.Dốc nước sau ngưỡng tràn   58 

5.Tiêu năng sau dốc nước   58 

6.Kênh dẫn hạ lưu  58 

B.Tính toán thủy lực   59 

I.Tính toán thủy lực tràn   59 

2.Tính toán thủy lực dốc nước.   60 

3.Tính toán tiêu năng sau công trình   69 

 

PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN

CHƯƠNG 1 : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ

 

1.1 Điều kiện tự nhiên

1.1.1.Vị trí địa lý 

Công trình thuỷ lợi hồ chứa nước Ea Đrăng được dự kiến xây dựng trên suối Ea Đrăng thuộc địa phận Thị trấn Ea Đrăng – Huyện Ea H’leo. Vị trí đầu mối công trình cách thành phố Buôn Ma Thuột khoảng 80km về hướng Bắc, cách quốc lộ 14 đoạn qua thị trấn Ea Đrăng khoảng 500m, có tọa độ địa lý như sau: 

13018’       –  13046’      Vĩ độ Bắc. 

108013’     –  108015’       Kinh độ Đông. 

1.1.2.Đặc điềm địa hình, địa mạo xây dựng công trình 

- Địa hình: khu vực xây dựng công trình nằm trong vùng địa hình đồi núi, phù hợp với địa hình vùng cao nguyên, dạng địa hình phân cách mạnh, cao độ bề mặt địa hình thay đổi nhiều. 

Vùng lòng hố dự kiến xây dựng là thung lũng nhỏ có dạng lòng chảo, mở rộng phía hạ lưu, phía thượng lưu nhỏ dần. Suối chính nằm sát giữa hai vùng đồi cao, vùng lòng hồ chạy dọc theo suối chính giới hạn bởi hai dải đất đồi hai bên. Địa hình lòng hồ dốc đều từ hai phía vào suối. Khu vực tập trung nước gọn có dạng lòng chảo. Điều kiện địa hình này phù hợp xây dựng công trình. 

- Địa mạo: nhìn chung toàn bộ khu vực nằm trong dạng địa hình bóc mòn là cơ bản, các sườn núi khá dốc thường được nhân dân địa phương khai hoang canh tác. Lớp sườn tích, tàn tích ở đây khá dày, thành phần nham thạch cơ bản là sét nhẹ, chứa ít dăm sạn, chất hữu cơ có màu nâu nhạt, xám đen, xám vàng. 

1.2.Điều kiện địa chất

1.2.1 Tuyến đập đất đầu mối:

- Lớp 1: Đất thổ nhưỡng có màu xám đen, lẫn nhiều rễ cây nhỏ & dăm sạn 

nhỏ, phân bố trên bề mặt đất, bề dày trung bình 0.2 – 0.3m, khi xây dựng công trình lớp này cần bóc bỏ hết - Được xếp vào loại đất yếu, phân cấp từ cấp I - III. 

- Lớp 1a: Lớp đất trầm tích có màu xám đen, lẫn nhiều đá nhỏ, sỏi, cuội, cát 

& các tạp chất hữu cơ, phân bố dưới lòng suối, bề dày nhỏ hơn 2.0 m. Khi xây dựng công trình lớp này cần bóc bỏ hết - Được xếp vào loại đất yếu, phân cấp đất 

từ cấp  I - III. 

1.2.3 Tuyến cống 

- Lớp 1: Đất thổ nhưỡng có màu xám đen, lẫn nhiều rễ cây nhỏ & dăm sạn nhỏ, 

phân bố trên bề mặt đất, bề dày trung bình 0.2 – 0.3m, khi xây dựng công trình lớp này cần bóc bỏ hết - Được xếp vào loại đất yếu, phân cấp từ cấp I - III. 

- Lớp 4: Lớp đá ba zan có màu xám đen, đá có độ cứng cao, búa đập mạnh 

khó vỡ, đá bị nứt nẻ nhiều, phân bố tầng dưới cùng, bề dày > 2.0 m. 

* Sử dụng lớp đất (2) làm vật liệu đất đắp đập – Lớp (2) có các chỉ tiêu cơ lý đầm nện tiêu chuẩn & chế bị – Đề nghị tính toán như sau: 

1.3.Tình hình dân sinh kinh tế

Hồ chứa nước EA Đrăng, thuộc thị trấn EA Đrăng - huyện EA H’Leo - tỉnh ĐăkLăk, dân số của vùng chiếm đa số  (65%) là dân tộc kinh ,  ngoài ra còn đồng bào các dân tộc Eđê, Bana, Ralai, Mường ….  Nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào nông nghiệp nhưng cơ sở hạ tầng cho nông nghiệp chưa có công trình kiên cố, nhân dân làm các công trình tạm  để lấy nước, mùa kiệt hầu như không có nước cho sinh hoạt và sản xuất, còn mùa lũ thì ngập lụt dẫn đến thu hoạch bấp bênh, đời sống nhân dân gặp nhiều khó khăn. Vì vậy xây dựng các công trình thủy lợi kiên 

cố là yêu cầu cần thiết để phát triển, cải thiện đời sống kinh tế của nhân dân địa phương và điều tiết một phần lũ cho hạ lưu. 

Thị trấn EA Đrăng và các xã lân cận  là vùng Tây Nguyên, đất đai màu mỡ 

vì vậy việc phát triển kinh tế càng đa dạng, theo nhiều ngành nghề như : nông nghiệp, thủ công nghiệp và lâm nghiệp. 

1.4.Hiện trạng thủy lợi và điều kiện cần thiết xây dựng công trình

Dọc theo suối EA đrăng hiện nay hầu như chưa có công trình thuỷ lợi nào được xây dựng. Trong khu tưới của hồ EA Đrăng hiện nay nhân dân chủ yếu dùng các máy bơm loại nhỏ bơm nước từ suối hoặc từ các giếng đào ven suối lên để tưới. 

1.5.Nhiệm vụ công trình

1- Khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn nước của suối EA’Đrăng tưới cho hơn 1.000 ha đất trồng cây công nghiệp, cây ăn trái và cây màu của thị trấn Ea H’Leo 

và vùng hạ lưu suối Ea Đrăng. 

2- Cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân trong vùng thị trấn với dân số hiện tại là 10.000, dân số tính 50 năm sau khoảng 18.540 dân. 

3- Hồ chứa nước EA’Đrăng được xây dựng sẽ góp phần cắt giảm lũ cho vùng hạ lưu suối EA’Đrăng, làm giảm thiệt hại về tài sản và con người cho các vùng này. 4- Dự án được xây dựng sẽ góp phần cải tạo cảnh quan môi trường và xã hội vùng 

dự án , 

5- Sau khi Dự án được xây dựng sẽ góp phần phát triển kinh tế địa phương và nâng cao đời sống của nhân dân. 

CHƯƠNG 2:GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ THÀNH PHẦN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

- Tuổi thọ công trình: T = 75 năm. 

- Hệ số an toàn ổn định cho phép của mái đập đất (14TCN 157 - 2005): + Tổ hợp tải trọng cơ bản: K = 1,3. 

PHẦN II :THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CỦA CÔNG TRÌNH

Chương III : Công trình dâng nước là vật liệu địa phương

3.Thiết kế đập đất

3.1.Vị trí tuyến đập

3.1.1 Tuyến đập phương án I (PAI): 

Tuyến đập phương án I (PAI) được đắp từ sườn đồi bờ tả suối Ea Đrăng, cuối con đường trước cửa Bệnh viện huyện Ea H’Leo từ  cao độ khoảng +569 m. Sang bờ hữu cắt đường liên thôn, cũng ở cao độ khoảng +569. Tim tuyến đập lệch về phía thương lưu so với tim tuyến đường trước cửa bênh viện huyện một góc khoảng 

20o43’.Vậy tuyến đập phương án I (PAI) có các thông số như sau : 

PAI có :

3.1.2 Tuyến đập phương án II (PAII):

Tuyến đập phương án II (PAII), đỉnh đập phía bờ tả cũng được bắt đầu từ đỉnh đập của phương án I ở cao độ khoảng +569 m. Được đắp thẳng sang bờ hữu cắt tuyến đường liên thôn cũng ở cao độ khoảng +569 m. Tim tuyến đập phương 

- Tuyến đập phương án II có tim tuyến trùng với tim đường trước cửa bệnh viện huyện. Trong quy hoạch thì vùng đầu mối hồ chứa gần trung tâm của thị trấn 

Ea H’Leo, tương lai khi hồ chứa nước hình thành thì vùng hồ chứa sẽ hình thành khu du lịch sinh thái. Đỉnh đập đất sẽ kết hợp làm đường giao thông trong khu du lịch sinh thái và nối khu dân cư bên bờ tả và bờ hữu suối Ea Đrăng. Nên tuyến đập phương án II sẽ thuận lợi cho đi lại và tạo cảnh quan đẹp hơn so với tuyến đập phương án I. 

- Ngoài ra tuyến đập phương án II có tuyến tràn ngắn hơn tuyến tràn của đập  phương án I 

Qua phân tích so sánh và tham khảo ý kiến của địa phương, các ban nghành chúng tôi thống nhất làm đập theo phương án tuyến II. 

§Ønh ®Ëp a

h h

sl

3.3.1 Cao trình đỉnh đập:

Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 14 TCN 157 - 2005, cao trình đỉnh đập được xác định theo công thức: 

hsl ,hsl’: Lần lượt là chiều cao sóng leo ( có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. 

a, a’, a’’: Độ vượt cao an toàn, phụ thuộc vào cấp công trình và điều kiện làm việc của hồ chứa, theo 14 TCN 157 – 2005, với công trình cấp III lấy: 

3.3.1.1 Xác định ∆h, h sl ứng với gió lớn nhất:

+ Độ dềnh ∆h được xác định theo công thức

2 6

Với  là chiều dài trung bình của sóng

- Tính các đại lượng không thứ nguyên gt

V, 2

gDVVới t : là thời gian gió thổi liên tục ( lấy t = 6h = 3600(s)) 

9,81.6.3600

7567, 7128

9,81.2800

35, 0328

+ Ứng với gt

V 7567, 71 tra đồ thị ta được : 

2 0, 073

(1)

g.τ

3, 67 V

2 2

2 2

9,81.3, 42

18, 27( )2.3,14

V4% = 28(m/s) > 20 (m/s) và sơ bộ chọn hệ số mái thượng lưu của đập là : m 

= 3÷5 => K3 = 1,5. 

- Hệ số K4 tra ở đồ thị hình 10- QPTL C1-78, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số 

hsl1% = K1. K2. K3. K4. Kα. hs1% = 0,95.0,85.1,5.1,2.0,92.1,92 =  2,56 (m) 

 

6 2 2

6

s

2.10 28 2800.1

0, 027( )9,81.16, 5

'

'2 6

h’sl1% =K1’. K2’. K3’.K4’. Kα’. hsl’%       (3-5) 

Với ' là chiều dài trung bình của sóng

- Tính các đại lượng không thứ nguyên gt'

V ,

' ' 2

gDVVới t : là thời gian gió thổi liên tục ( lấy t = 6h = 3600(s)) 

9,81.3100

211,18 12

+ Ứng với gt'

V 17658 tra đồ thị ta được : 2

'

0,12 (3)

g.τ'

5, 2 V'

2 2

'2 2

29,81.2,32

8, 4( )2.3,14

V’50% = 12(m/s) < 20 (m/s) và sơ bộ chọn hệ số mái thượng lưu của đập 

là : m = 3÷5 => K3’ = 1,2. 

- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình 10- QPTL C1-78, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số 

- K’α : hệ số phụ thuộc vào αs . Chọn  αs= 300 tra bảng 9 QPTL – C1 – 78 tìm được  K’α =0,92 

 

6 2 2

6

s

2.10 12 3100.1

0, 005( )9,81.19

Vậy : Chọn cao trình đỉnh đập lớn nhất là  : Zđđ = Z3 =572(m) 

Chiều cao đập là  Hđ =21(m)

Sơ bộ chọn mặt cắt đập như sau:

Hình 1 :Mặt cắt đập sơ bộ

3.4.Thiết kế mặt cắt cơ bản 

3.4.1 Bề rộng đỉnh đập:

Bề rộng đỉnh đập xác định theo yêu cầu giao thông, điều kiện thi công và điều kiện làm việc của đập: bề rộng đỉnh đập chọn B =  6,0m. 

3.4.3.Thiết bị bảo vệ mái

3.4.3.1.Bảo vệ mái thượng lưu

Dùng hình thức lát tấm bê tông cốt thép kích  thước (2,0x2,0x0,1m) 

3.4.3.2.Bảo vệ mái hạ lưu

- Mặt mái trồng cỏ trên lớp đất hữu cơ dày 20cm 

- Làm rãnh thoát nước dọc cơ và chân mái hạ lưu ( phần phía trên lăng trụ thoát nước),kết cấu rãnh bằng đá xây. 

3.4.4 Thiết bị thoát nước thân đập:

Ở đây chia làm 2 đoạn: đoạn lòng sông và đoạn sườn đồi. 

3.4.1 Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước 

Ở đây chọn thoát nước kiểu lăng trụ. Ta chọn đỉnh cao trình lăng trụ thoát nước cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất có tính đến chiều cao an toàn là :2,9 (m ) Vật thoát nước làm bằng đá đổ, hệ số mái thượng lưu 1,5 - hệ số mái hạ lưu 2,0. Bề rộng đỉnh vật thoát nước chọn là btn = 3 m. 

Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần là tầng lọc ngược. 

3.4.2 Đoạn sườn đồi: Hạ lưu không có nước 

Hình thức thoát nước kiểu áp mái do hmax  hmin , vật thoát nước theo nguyên tắc tầng lọc ngược lớp ngoài cùng là đá hộc, tiếp theo là lớp đá dăm và lớp cát lọc. Cao trình đỉnh áp mái chọn cao hơn điểm ra của đường bão hòa ứng với trường hợp mực nước hạ lưu max một đoạn là 0,5 (m) 

3.4.6 Chống thấm cho thân đập:

Đập là đồng chất thiết bị thoát nước, vật liệu đắp đập và đất nền có hệ số thấm lớn  nên ta chọn thiết bị chống thấm cho thân đập và nền. 

A Mặt cắt lòng sông:

Tính thấm cho trường hợp đập đồng chất có thiết bị chống thấm . 

I.Tính thấm cho trường hợp 1 ( Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước) 

600 572

T K®

h3

m2' =3m2 =2,5

J    J  = 1,25 Vậy  k d k

600 572

T K®

O

m2 =2,5

m2' =3

m 3  =3 m4 =3m1.h3

 Hình 3 :Sơ đồ tính thấm qua đập có tường nghiêng trên nền thấm nước , hạ lưu là mực nước max 

-  Dùng phương pháp phân đoạn để tính , bỏ qua độ cao hút nước ao. 

- Lưu lượng thấm q và độ cao h3 sau tường nghiêng được xác định theo phương trình sau  : 

J    J  = 1,25 Vậy  k d k

d

J   J   Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập. 

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:    Jkn [Jkn] 

Trong đó: 

600 572

T K®

h3 h1

h2.m3 m1.h3

 

J    J  = 1,25 Vậy  k d k

300 Ko

2

2 .sin

7 2

h J

  Jk đ -phụ thuộc loại đất đắp và cấp công trình 

Với loại đất dùng để đắp đập là cát pha, công trình cấp III, theo số liệu của  Trugaep ta tra bảng P3-3. Građien cho phép để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của thân đập đất ta được  J k đ 1, 25. 

300 Ko

K®

  

2

2 .sin

8 2

h J

  Jk đ -phụ thuộc loại đất đắp và cấp công trình 

Với loại đất dùng để đắp đập là cát pha, công trình cấp III, theo số liệu của  Trugaep ta tra bảng P3-3. Građien cho phép để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của thân đập đất ta được  J k đ 1, 25. 

Hình 7: Sơ đồ tính lưu lượng thấm (MNDBT)

II Tính toán: 

 Trong khuôn khổ đồ án này do thời gian hạn chế ta chỉ tính với 4 đoạn, sử dụng lưu lượng thấm đơn vị của mặt cắt lòng sông (2-2) và 2 mặt cắt sườn đồi (1-1), (3-3). Sơ đồ như hình 7 

Bảng Kết quả tính lưu lượng thấm

l1 

(m) 

q1 (m3/s) 

l2 (m) 

q2 (m2/s) 

l3 (m) 

q3 (m2/s) 

l4 (m) 

Qt (m3/s) 151,13  3,1.10-6  76,52  1,15.10-6  88,62  1,50.10-8  114,73  1,01.10-4  

3.6.2 Trường hợp tính toán:

Theo quy định của quy phạm khi thiết kế đập đất cần kiểm tra ổn định với các trường hợp sau: 

3.6.2.1 Cho mái hạ lưu 

Khi thượng lưu có MNLKT và thiết bị thoát nước không làm việc bình thường ( tổ hợp cơ bản). 

3.6.3 Tài liệu tính toán

Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp:

 

3.6.4 Phương pháp tính toán:

Có rất nhiều phương pháp tính ổn định của đập đất. Trong đó phương pháp cung trượt trụ tròn của Ghecxêvanop khá đơn giản và cho kết quả tương đối chính xác, ta chọn phương pháp này để tính toán. 

Giả thiết mặt trượt trụ tròn, xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng vào mặt trượt và hướng tâm cung trượt. 

+ Phương pháp Fandeep: Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcdf. Trong đó: 

- Tia ad theo phương thẳng đứng 

- Tia ac theo phương tạo với mặt nghiêng trung bình mái đập một góc 850 

- R, r phụ thuộc hệ số mái và chiều cao đập. Với m2tb = 2.75, Tra bảng(6-6) (Trang 147) G.T Thuỷ công tập I ta được  

35°

25°

r R

O

A B

d e

b c

        + ln: Chiều rộng đáy dải thứ n, ln = b/cosn.             

        +Wn: Áp lực thủy tĩnh tác dụng theo hướng tâm cung trượt tại dải đang xét. 

n : Góc hợp bởi phương thẳng đứng và đường thẳng nối tâm đáy dải thứ n với tâm trượt. 

MNLTK

O1

T G N

a

b

8 7 6 5 4

3.6.5.4 Kết quả tính toán

**) Sơ đồ ổn định mái trượt tâm O 1:

MNLTK

M1

O

BA