ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

SỐ LIỆU BAN ĐẦU Đồ án được giao đề số : 69 Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 69) Địa chất: Bảng SL1. Địa chất nền Tên lớp nền Loại nền Chiều dày(m) 1 2 Sỏi sạn 0,5m 2 6 Á sét 36m 3 7 Sét 80m Bảng SL2. Chỉ tiêu cơ lý của nền đập Loại nền Đường thành phần hạt K Δ ɣtn N Øtn Ctn Øbh Cbh Dhạt P% cms Tm3 Tm3 Độ Tm2 Độ Tm2 2 >2 >50 101÷ 1 2,6÷ 2,7 1,85÷2,1 0,35÷ 0,41 34÷ 38 0 34÷ 38 0 6 >0,005 >50 105÷ 106 2,64÷ 2,68 1,75÷ 1.95 0,37÷ 0,40 18÷ 22 2,5÷ 3,2 18÷ 22 2,5÷ 3,2 7 50 106÷ 108 2,7÷ 2,92 2,66÷ 2,7 0,36÷0,41 18÷ 22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5 Bảng SL3. Tính chất cơ lý của vật liệu đắp đập Loại nền Đường thành phần hạt K Δ ɣtn N Øtn Ctn Øbh Cbh Dhạt P% cms Tm3 Tm3 Độ Tm2 Độ Tm2 7 50 106÷ 108 2,7÷ 2,92 2,66÷ 2,7 0,36÷0,41 18÷ 22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5 Đặc trưng hồ chứa: Bảng SL4. Các mức nước thiết kế và lưu lượng thiết kế MNDBT MNKT MNC MNĐK CTĐS Qtt Qkt m m m m m m3s m3s 121 123,4 108 101,8 92 1377 1967 Bảng SL5. Đường quan hệ giữa lưu lượng và mực nước hạ lưu Zhl(m) 93 95 97 100 102 104 107 112 Q(m3s) 9 103 316 885 1447 2066 3465 7294 Bảng SL6. Tài liệu gió Trường hợp Mực nước dâng bình thường Mực nước kiểm tra Đà gió D (m) DP%=4050 D50%=4320 Vận tốc gió ( ms) WP%=21,6 W50%=16,2  

SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Đồ án được giao đề số : 69

- Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 69)

- Địa chất:

Bảng SL1 Địa chất nềnTên lớp nền Loại nền Chiều dày(m)

18÷

22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5

Bảng SL3 Tính chất cơ lý của vật liệu đắp đập

1 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ1.1 ĐI.ỀU KIỆN TỰ NHIÊN

Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình , những dải đồi có chiềucao trung bình trải dọc theo hướng Tây – Đông

Tuyến sông khá dài thẳng chảy theo hướng Nam – Đông Bắc Đầu nguồn sống chảytrong lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi quadải đồi , vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 73m, hai bên bờ tại khuvực có dộ dốc trung bình khoảng 1:3 Về phía hạ lưu dòng sông mở rộng dần, địa hìnhtương đối thoải

Lập bản đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 , độ chênh cao giữa các đườngđồng mức chính là 5m Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 130m, thấp nhất là100m, đấy sông ở cao trình 92m

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 khuvực công trình Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác vàcông tác thi công công trình

Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (môhình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyếncông 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 địnhđược 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 vàlưu lượng kiểm tra qua công trình tháo lũ được xác định:

Tại hạ lưu tuyến công trình, quan hệ lưu lượng với mực nước được xây dựng theocông thức thủy lực chảy trong lòng sông thiên nhiên dựa trên các số liệu mặt cắt:Hình 1.1.1.1.a.1.1 Đồ thị quan hệ lưu lượng với mực nước được xây dựng

Bảng 1.1.2.1.c.1 Bảng giá trịn mực nước hạ lưu ứng với các lưu lượng tính toán:

Lưu lượng(m3/s)

Dựa trên cơ sở khảo sát, thăm dò toàn bộ khu vực xây dựng công trình và các số liệuthu được của kết quả thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công rình baogồm 3 lớp đất đá phân bố khá đồng đều:

- Lớp 1: lớp sỏi sạn với chiều dày 0,5m; hệ số thấm của lớp này rất lớn vậy neenđặt công trình nên lớp này đòi hỏi phải có các biện pháp chống thấm bằng chânkhay hoặc tường răng Trong trường hợp này ta bóc lớp 1 đi và đặt công trìnhlên lớp thứ 2

- Lớp 2: lớp á sét dày 36m hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm cho nèn tốt mặtkhác các chỉ tiêu cơ học là ø lớn nên ổn định chống trượt tốt.Địa chất nền nàythích hợp cho các loại đập dâng nước vật liệu địa phương.

Dự án xây dựng công trình này chủ yếu là trữ nước cung cấp nước tưới cho 1 vùngnông nghiệp phía hạ lưu công trình, ngoài ra công trình còn có thể kết hợp thực hiệncác nhiệm vụ sau:

- Phát điện

- Nuôi trồng thủy sản, du lịch, cải tạo môi trường…

CHƯƠNG 2 CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH2.1 CHỌN TUYẾN

Trong việc thiết kế và xây dựng cụm công trình đầu mối , vấn đề chọn tuyến đóng vai trò hết sức quan trọng ảnh hưởng quyết định đến kết cấu và cách bố trí các công trình trong cụm đầu mối, ảnh hưởng đến điều kiện thi công quản lý, khai thác, đến hiệu ích của dự án công trình và cuối cùng đến giá thành của dự án

Tuyến của hệ thống công trình đầu mối trên sông trong đồ án trên đó bố trí các công trình cơ bản của hệ thống như đập dâng nước , công trình tháo lũ, công trình lấy nước

• Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến tại vùng có thung lũng hẹp để

có khối lượng nhỏ nhưng cần phải đủ chỗ để bố trí các công trình cơbản

• Theo điều kiện địa chất, tuyến công trình nên có địa chất phù hợp vớitừng loại công trình để đảm bảo sự ổn định của toàn bộ công trình(lún, trượt, độ bền), phải đảm bảo yêu cầu chống thấm tốt ở nền vàquanh bờ

• Theo điều kiện thi công, tại vùng tuyến cần có đủ mặt bằng bố trí cáccông trình phụ trợ phục vụ cho công tác xây dựng công trình chính

• Đảm bảo dẫn dòng thi công thuận lợi

• Gần vị trí có sẵn các mỏ vật liệu đáp ứng các yêu cầu xây dựng

• Theo điều kiện vận hành: điều kiện vận hành thuận tiện, chi phí vậnhành nhỏ nhất

• Theo điều kiện môi trường, di dân tái định cư: giảm thiểu tối đa mứcngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn được các giá trị vănhoá

• Có hiệu quả tổng hợp cao

2.1.2 Chọn tuyến xây dựng công trình

Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt ở chỗ hẹp nhất vào khoảng 256,39m, nếu bố trítuyến ở đây chiều dài tuyến khoảng 484,73m Tuyến áp lực có thể chọn tại vị trí tựavào hai bờ, có chiều dài tuyến nhỏ, vẫn đủ bố trí các công trình trong đầu mối và tiệndẫn dòng thi công.Phía thượng và hạ lưu của tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi choviệc bố trí các công trình phụ trợ cho quá trình thi công

Hình 1.1.1.1.a.1.2 Mặt cắt ngang tuyến đập

2.2 BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH

• Yêu cầu về quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình trong hệ thống phải thoảmãn những điều kiện làm việc của mình đồng thời không làm ảnhhưởng đến các công trình khác Khi bố trí cần chú ý đến điều kiệnthuỷ lực dòng vào, dòng ra tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi,tháo phù sa… của các loại công trình, nhất là đối với đập tràn, nhàmáy 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 được yêu cầu về khả

năng tháo, nối tiếp thượng hạ lưu, chế độ làm việc, vận hành bìnhthường

• Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải ít nhất, hiệu quảđầu tư cao nhất Bố trí công trình phải tận dụng được vật liệu, laođộng, tài nguyên khác Như vậy cần tận dụng vật liệu địa phương, ứngdụng loại kết cấu mới khi xây dựng công công trình

• Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu và cách bố trí côngtrình cần tiện lợi cho việc tổ chức thi công trong một thời gian ngắnnhất ở đây cần đặc biệt lưu ý đến những phương pháp dẫn dòng thicông thuận lợi Chú ý lợi dụng những công trình phục vụ cho thi côngnhư đê quai, đường hầm… làm công trình cơ bản của hệ thống

• Những điều kiện khác: Ngoài những yêu cầu và điều kiện trên khi bốtrí công trình cần chú ý đến điều kiện về mỹ thuật, kiến trúc tạo cảnhquan đẹp hài hoà Cần chú ý các biện pháp công trình sao cho khi hưhỏng có thể quan sát và sửa chữa được

Trên cơ sở phân tích các số liệu ban đầu về bình đồ khu vực xây dựng, điều kiện địachất, điều kiện thi công sơ bộ có thể bố trí công trình như sau

• Đập dâng nước bằng vật liệu địa phương được bố trí trên toàn tuyến

• Công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ có thể bố trí hai bê bờ,song khu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nước nên bố trí côngtrình tháo lũ bên bờ phải là hợp lý hơn cả Tuyến đường tràn được xácđịnh dựa vào các yếu tố thuỷ lực và độ dốc cho phép đối với đườngtràn trên nền đất

• Công trình lấy nước bố trí trong thân đập, nối tiếp sau là hệ thốngkênh dẫn nước chạy dọc theo bờ sông

• Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) có thể bố trí cảhai bên bờ phía hạ lưu

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG NƯỚC3.1 CHỌN LOẠI ĐẬP DÂNG NƯỚC

Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng và tương đối thoải rất thuận lợichoi việc thi công và xây dựng công trình đập dâng nước bằng VLĐP Hơn nữa, địachất nền công trình có lớp 2 á sét và sét kế tiếp nên việc xây dựng đập dâng bằngBTTL là không khả thi, vậy chỉ phù hợp các laoij đập dâng VLĐP

Đập dâng nước là đập VLĐP, căn cứ vào địa chất nền phương án chọn loại đập được

đề xuất: Đập đất đồng chất.

3.2 XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH

Cấp công trình là một chỉ số rất quan trọng quyết định rất lớn đến kích thước, giáthành công trình Cấp công trình được xác định dựa vào các yếu tố sau:

• Loại đập, chiều cao đập, nền đập

• Năng lực của công trình (diện tích tưới)

3.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ĐẬP DÂNG

toán cho cả 2 trường hợp).

MNC 108 Kiểu gia cố mái dốc thượnglưu đá látkhan

T 21600s Góc hướng gió với trục đập 0o

Bảng 1.1.1.1.a.3

Mực nước thượng lưu MNDBT= 121m MNKT= 123,4

Cột nước trước đập H(m) H1= 29m H2= 31,4

Đà gió D(m) D= 4050m D= 4320mVận tốc gió W W= 21,6m/s W= 16,2m/s

• ∇ =dd1 MNDBT d d + 1; 1= ∆ + h h1 s11+ a1

• ∇ =dd2 MNKT d d + 2; 2 = ∆ + h h2 s12 + a2Trong đó:

- ∆ ∆ h h1, 2 : Độ dềnh mực nước do gió ứng với MNDBT và MNKT

- hs11, hs12 : Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT và MNKT

- a1, a2 : Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT và MNKT

So sánh 2 trường hợp tính toán cao trình đỉnh đập chọn giá trị lớn nhất làm cao trìnhthiết kế đập

6 2

2.10 W

os

Xác đinh các thông số về sóng khu nước sâu cho 2 trường hợp : MNDBT vàMNKT

2 2

1

3 2

gτλπ

=

0,625 2

19,5

w

g h g

- K1 ,K2 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám vật liệu gia cố mái

- K3 : Hệ số phụ thuộc tốc độ gió W và hệ số mái dốc thượng lưu

• Trường hợp tính sóng leo lấy i= 1%

• Ki% : được tra theo đồ thị ứng với đường cong 1%

Bảng 1.1.1.1.a.5 Kết quả tra, tính toán các hệ số và chiều cao sóng leo

MNDBT 1 0,9 1,5 1,92 2,35 1,83 4,74MNKT 1 0,9 1,32 1,95 2,43 2,67 6,18

Công trình thuộc cấp III Ta có:

Bảng 1.1.1.1.a.6 Độ vượt cao an toàn theo 14TCN 157-2005Trường hợp tính toán MNDBT= 121 MNKT= 123,4

Độ vượt cao an toàn

Lựa chọn hình dạng, kích thước và hình thức gia cố mặt đập phải dựa trên các yêu cầu:

về điều kiện làm việc; đảm bảo điều kiện ổn định của đập, yêu cầu giao thông., yêucầu về thi công Trong trường hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng khi cóchiến tranh xảy ra

• Theo yêu cầu cấu tạo và điều kiện thi công thì chiều rộng nhỏ nhất của mặtđập theo công thức:

Bmin = 0,1.HD = 0,1.38 = 3,8m

Trong đó: HDlà chiều cao đập HD = CTDĐ-CTĐS=130-92=38m

• Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thước củanhững máy thi công cùng phạm vi hoạt động của nó, nghĩa là chiều rộng mặtđập phải đảmbảo cho các máy móc sử dụng trong quá trình thi công đập vàcác công trình khác trong hệ thống được dễ dàng Chiều rộng đỉnh đập tốithiểu Bmin=5m

• Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng đỉnh trong khoảng 10-12m

Từ các yêu cầu trên ta chọn chiều rộng mặt đập là giá trị B ta chọn B=10m Mặt đậpđược sử dụng làm đường giao thông phục vụ cho giao thông nên trên mặt đường dảimột lớp bê tông atphalt Để nước ở mặt đập (do mưa) có thể dễ dàng chảy xuống, mặtđập cần làm dốc về hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựngnhững trụ lan can bằng cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe và người đi lại

1 Thiết kế hình dạng mái dốc và kích thước cơ đập (Tính cho cả hai trường hợp)

Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trong mọi trường hợp khai thác cũngnhư thi công Mái dốc thượng lưu thường xuyên chịu tác dụng của áp lực nước, áp lựcsóng, sự giảm đột ngột mực nước, áp lực va đập của vật nổi Mặt khác các đặc trưngvật liệu: góc ma sát trong, lực dính đơn vị C bị giảm do đất bão hoà nước tại gần nhưtoàn bộ khu mái dốc thượng lưu, vì vậy mái dốc thượng lưu thường được chọn thoảihơn so với mái dốc hạ lưu

Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào những yếu tố như: loại đập, chiều cao đập, cáclực tác dụng, đặc tính của đất xây dựng đập, đặc tính của nền, điều kiện thi công, điềukiện khai thác và dựa vào kinh nghiệm những đập đã xây dựng và làm việc tốt vớicùng một điều kiện về chiều cao, loại đập và địa chất nền

Đối với đập dâng của công trình là đập đồng chất, vật liệu đắp đập bằng đá đổ ta chọn

dễ dàng.Phía hạ lưu đặt 1 cơ, ta đặt ở cao trình 112m

trường hợp)

Mục đích chủ yếu của việc gia cố mái dốc thượng lưu là đề phòng xói do sóng gâyra,đồng thời có thể loại trừ các hiện tượng nguy hiểm cho mái dốc như dông chảy cólưu lượng lớn vào cửa công trinh lấy nước,đất sét trong thân đập co nở vì sự thay đổicủa nhiệt độ,nước mưa,xói mòn mái dốc,rễ cây ăn sâu vào thân đập,động vật đàohang…thông thường khi tính toán lớp gia cố mà đảm bảo được ổn định dưới tác dụng

của sóng thì đồng thời cũng loại trừ được những nguy hiểm khác,cho neenkhi tinh toangia cố mái đều dựa trên cơ sở lực tác dụng của sóng.

Gia cố mái dốc thượng lưu thường dùng các hình thức:

-Đá đổ

-Đá xây khan

-Tấm bê tông cốt thép

-Bê tông nhựa đường

A) Gia cố mái thượng lưu bằng mái lát khan

Việc xác định đường kinh tính toán của đá khi gia cố mái bằng hình thức đá đổ,sửdụng công thức của Sankin

Dc = 2,23

Trong đó:

• A=0,45 hệ số được lấy bằng đá đổ

• ɣnc: :Dung trọng của nước ɣnc=1T/M3

• ɣĐá :Dung trọng của đá lát khan ɣĐá=1,95T/M3

• H : Chiều cao sóng tính toán H = H1% =3.40M

• M : Hệ số mái dốc thượng lưu

Dựa vào nguồn vật liệu và tay nghề thi công,hình thức gia cố mái dốc thượng lưu chocông trình này là bằng đá lát khan.

1.1.2 Gia cố mái hạ lưu.

Dưới tác dụng của gió mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưucho nên cần bảo vệ.Phủ một lớp đất dày 0,05m lên mái hạ lưu rồi trồng cỏ lêntrên.Chiều cao tương đối lớn,mưa có thể gây nên xói lở lớp gia cố,nhất là phần dướithấp của mái dốc.Đề phòng hiện tượng này cần làm một hệ thống khung vừa giữ ổnđịnh các ô trồng cỏ vừa làm rãnh thoát nước trên toan bộ mái dốc.Kich thước khươngchọn 2x2m đặt thẳng góc với nhau và xiên với mặt đập một góc 45 độ bên trong ranhđược điền đầy sỏi

1.1.3 Thiết kế và thoát nước

A)Thoát nước tại lòng sông

Nước thấm qua đập đất có mặt tự do ( mặt bão hòa ) và dông thấm có thể ra mái dốc

hạ lưu gây mất ổn định mái đập.Vì vậy điều cần thiết là phải hạ thấp đường bão hòabằng cách bố trí vật thoát nước tại chân mái hạ lưu đập và thoát nước cần đảm bảo cácyêu cầu :

- Đủ khả năng thoát nước và thường xuyên làm việc tốt

- Bảo đảm đường bão hòa không ra mái dốc hạ lưu

- Không cho phép xói ngầm thân đập và nền đập

- Không cho phép xói ngầm bản thân vật thoát nước

Phía hạ lưu đập là có nước và để có thể tận dụng được phần đê quây bằng đá đổ trongthời gian thi công,ta lựa chọn phương án vật thoát nước là dạng vật thoát nước lăng trụcao trình đỉnh vật thoát nước

Ta lấy cao trình đỉnh vật thoát nước lăng trụ là và chọn chiều rộng đỉnh vậtthoát nước Bvtn=.hệ số mái dốc thượng lưu M1=1,5 hệ số mái đốc hạ lưu M2=1,75 Vậtliệu làm vật thoát nước là đá độn

B) Thoát nước hai bên bờ

Đối với các loại đập nằm hai bên bờ nơi hạ lưu không có nước thì dạng vật thoát nướchay được sử dụng nhất là :

- Vật thoát nước ống dọc

- Vật thoát nước gối phẳng

Hai dạng vật thoát nước này có ưu điểm là hạ thấp được đường bão hòa,nhưng do nằmtrong thân đập nên công tác sửa chữa khi hỏng hóc là rất khó khăn

Đối với đạp dâng trong đồ án này,việc chọn dạng thoát nước ống dọc là tốt hơn cả vì

nó đảm bảo cho cả thoát nước nền đập là á sét và ít tốn vật liệu nhất

Vật thoát nước ống dọc có thế được làm bằng đá hoặc ống bê tông xốp và có lỗ rỗng,xung quanh có tầng lọc ngược

Khoảng cách hợp lý từ đường bão hòa tới mái dốc hạ lưu phải xác định trên cơ sở kinh

tế kĩ thuật.Vị trí vật thoát nước căng xa thì đường bão hòa căng được hạ thấp vàkhoảng cách từ đường bão hòa ra mái dốc hạ lưu căng lớn.Nhưng đồng thời Gradientthấm qua thân đập và lưu lượng thấm căng tăng.Vị trí đặt vật thoát nước ống dọc cáchchân hạ lưu khoảng 1/5 chiều rộng đáy đập bằng 48m

Xác định mặt cắt ngang của ống dọc theo các công thức trong tài liệu

Khả năng thoát nước trong ống dọc tính bằng

Trong đó :

- Qo : lưu lượng thoát nước trong ống dọc

- Wo : diện tích mặt cắt ngang của ống dọc

- Ko : hệ số thấm của ống dọc =10m/s

- Io : độ dốc của ống dọc = 0,001

Khả năng thoát nước trong dải ngang

Trong đó :

- Qg :lưu lượng thoát nước trong dải ngang

- Wg :diện tích mặt cắt ngang của dải ngang

- Kg : hệ số thấm của dải ngang =10m/s

- Ig : độ dốc của dải ngang = 0,001

Lưu lượng thấm trong ống dọc hoặc dải ngang tính bằng:

Q = Q.B.NTrong đó :

- Q = 2,3.10-3 m3/s : lưu lượng thấm

- B = 50m : khoảng cách giữa hai dải ngang

- N : hệ số an toan bằng 2

Xác định mặt cắt ngang cảu ống dọc Wo bằng cách cân bằng Qo=Q

Thiết kế mặt cắt ngang ống dọc dạng hình lục giác có kích thước thể hiện trong hìnhXác định mặt cắt ngang của dải ngang Wg bằng cách cân bằng Qg = Q.Tương tự códiện tích mặt cắt ngang dải ngang =.Thiết kế mặt cắt ngang dải ngang dạng hình vuông

có kích thước 4,8x4,8m