Chương 1: Phân tích số liệu ban đầu và nhiệm vụ thiết kế 1.1.Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Điều kiện địa hình lưu vực sông Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình, những dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hướng Tây Đông. Tuyến sông khá thẳng chảy theo hướng Nam ĐôngBắc. Đầu nguồn sông chảy trong lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi đi qua dải đồi, vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 2530m, hai bên bờ tại khu vực này có độ dốc trung bình khoảng 1:3. Về phía hạ lưu lòng sông mở rộng dần, địa hình tương đối thoải. Lập bản đồ khu vực xây dựng công trình với tỉ lệ 1:1000, độ chênh cao giữa các đường đồng mức chính 5m. Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 40m, thấp nhất là 5m, đáy sông ở cao trình 15m. 1.1.2.Điều kiện khí tượng thuỷ văn A,Khí hậu lưu vực 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 thuỷ văn xung quanh khu vực công trình. Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác và công tác thi công công trình. B,Dòng chảy Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyến công trình.Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ tại các trạm thuỷ văn đặt trong lưu vực sông, bằng phương pháp tính toán quy đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định được 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 kiểm tra qua công trình tháo lũ được xác định:
N THIT K CễNG TRèNH THY S LIU BAN U + Đồ án đợc giao đề số: 67 + Địa hình: Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (Bình đồ số: 67) + Địa chất: Tờn lp nn Loi nn Chiu dy(m) 9- ỏ phong hoa 50m + Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập: Loi n n ng thnh K phn ht ỉtn tn Ctn Rn T/m2 104x T/m N Dht P% cm/s T/m3 T/m3 E 10-8ữ 10-10 2,4ữ 2,6 1,8ữ 2,3 0,10ữ 0,22 52ữ 57 140ữ 0,47 143 106x T/m2 2,51 + Đặc trng hồ chứa: Các mực nớc thiết kế lu lợng thiết kế: MNDB T MNKT MNC MNK CTS Qtt Qkt m m m m m m3/s m3/s 54 56,7 28 24,9 -15 2646 3695 + Đờng quan hệ lu lợng mực nớc hạ lu: Zhl(m) 16 18 20 23 25 27 30 35 Q(m3/s) 19 197 592 1650 2691 4016 6592 13021 N THIT K CễNG TRèNH THY + Ti liu gio : Trng hp Mc nc dõng bỡnh thng Mc nc kim tra gio D (m) DP%=5337 D50%=5693 Vn tc gio ( m/s) WP%=28,4 W50%=21,35 Chơng 1: Phân tích số liệu ban đầu nhiệm vụ thiết kế 1.1.Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Điều kiện địa hình lu vực sông Khu vực công trình nằm vùng địa hình dốc trung bình, dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hớng Tây - Đông Tuyến sông thẳng chảy theo hớng Nam - Đông Bc Đầu nguồn sông chảy lòng dẫn tơng đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần qua dải đồi, vị trí hẹp lòng sông có chiều rộng khoảng 25-30m, hai bên bờ khu vực có độ dốc trung bình khoảng 1:3 Về phía hạ lu lòng sông mở rộng dần, địa hình tơng đối thoải Lập đồ khu vực xây dựng công trình với tỉ lệ 1:1000, độ chênh cao đờng đồng mức 5m Đờng đồng mức cao khu vực 40m, thấp 5m, đáy sông cao trình -15m 1.1.2.Điều kiện khí tợng thuỷ văn A,Khí hậu lu vực Các tài liệu ma, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió đợc thống kê theo số liệu đo đợc nhiều năm trạm khí tợng thuỷ văn xung quanh khu vực công trình Nhìn chung, khí hậu lu vực tơng đối thuận lợi cho việc khai thác công tác thi công công trình B,Dòng chảy Dòng chảy vào hồ chứa đợc xác định mô hình tất định ma dòng chảy (mô hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) khu vực tuyến công trình.Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ N THIT K CễNG TRèNH THY trạm thuỷ văn đặt lu vực sông, phơng pháp tính toán quy đổi khu vực tuyến công trình, ta xác định đợc đờng trình lũ với tần suất khác Bằng phơng pháp điều tiết lũ, giá trị lu lợng tính toán lu lợng kiểm tra qua công trình tháo lũ đợc xác định: + Qtt =2646 m3/s + Qkt = 3695 m3/s Vận tốc dòng chảy lòng sông nhỏ vận tốc cho phép chống xói mực nớc khác C, Quan h lu lng v mc nc h lu Ti h lu tuyn cụng trỡnh, quan h lu lng vi mc nc c xõy dng theo cụng thc thy lc chy lũng sụng thiờn nhiờn da trờn cỏc s liu mt ct : Bng giỏ tr mc nc h lu ng vi cỏc lu lng tớnh toỏn Qtt Qkt 2646 3695 25 27,5 Lu lng (m /s) Mc nc (m) 1.1.3.iu kin a cht Dựa sở khảo sát, thăm dò toàn khu vực xây dựng công trình số liệu thu đợc kết thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công trình bao gồm lớp đất đá phân bố đồng đều: + Lớp 1: lớp si sn với chiều dày 0.6m, hệ số thấm lớp lớn đặt công trình nên lớp đòi hỏi phải có biện pháp chống thấm chân khay tờng Trong trờng hợp khác ta bóc lớp đặt công trình lên lớp thứ (ỏ cỏt kt, cui kt) + Lớp 2: lớp ỏ cỏt kt, cui kt dày 14m hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm cho tốt nhng tiêu học ứ ln nên ổn định chống trợt tt Địa chất đất thích hợp cho loại đập dâng nớc vật liệu địa phơng + Lớp 3: lớp đá diorit, ỏ cú bn c hc cao, h s thm nh N THIT K CễNG TRèNH THY 1.1.4 Vật liệu xây dựng Qua khảo sát trữ lợng vật liệu quanh vùng xây dựng công trình 1.2 Nhim v cụng trỡnh Hệ thống công trình đầu mối có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp nguồn nớc phân phối lợi ích ngành, phân phối chi phí cho ngành hợp lý sở nâng cao hiệu sử dụng nguồn nớc đến mức cao Dự án xây dựng công trình chủ yếu trữ nớc cung cấp nớc tới cho vùng nông nghiệp phía hạ lu công trình, công trình kết hợp thực nhiệm vụ sau: + Phát điện + Nuôi trồng thuỷ sản, du lịch, cải tạo môi trờng Chơng 2: Chn tuyn v b trớ cụng trỡnh 2.1 Chọn tuyến Trong việc thiết kế xây dựng cụm công trình đầu mối, vấn đề chọn tuyến đóng vai trò quan trọng ảnh hởng định đến kết cấu cách bố trí công trình cụm đầu mối, ảnh hởng đến điều kiện thi công quản lý, khai thác, đến hiệu ích dự án công trình cuối đến giá thành dự án Tuyến hệ thống công trình đầu mối sông đồ án bố trí công trình hệ thống nh đập dâng nớc, công trình tháo lũ, công trình lấy nớc 2.1.1 Nguyên tắc chọn tuyến + Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến vùng có thung lũng hẹp để có khối lợng nhỏ nhng cần phải đủ chỗ để bố trí công trình + Theo điều kiện địa chất, tuyến công trình nên có địa chất phù hợp với loại công trình để đảm bảo ổn định toàn công N THIT K CễNG TRèNH THY trình (lún, trợt, độ bền), phải đảm bảo yêu cầu chống thấm tốt quanh bờ + Theo điều kiện thi công, vùng tuyến cần có đủ mặt bố trí công trình phụ trợ phục vụ cho công tác xây dựng công trình + Đảm bảo dẫn dòng thi công thuận lợi + Gần vị trí có sẵn mỏ vật liệu đáp ứng yêu cầu xây dựng + Theo điều kiện vận hành: điều kiện vận hành thuận tiện, chi phí vận hành nhỏ + Theo điều kiện môi trờng, di dân tái định c: giảm thiểu tối đa mức ngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn đợc giá trị văn hoá + Có hiệu tổng hợp cao 2.1.2 Chọn tuyến xây dựng công trình Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt chỗ hẹp vào khoảng 86.7m, bố trí tuyến chiều dài tuyến khoảng 430m (hình 21) Tuyến áp lực chọn vị trí tựa vào hai bờ, có chiều dài tuyến nhỏ, đủ bố trí công trình đầu mối tiện dẫn dòng thi công Phía thợng hạ lu tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc bố trí công trình phụ trợ cho trình thi công Hỡnh 2-1 Mt ct ngang tuyn p 2.2 Bố trí công trình 2.2.1 Nguyên tắc chung bố trí công trình + Yêu cầu quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình hệ thống phải thoả mãn điều kiện làm việc đồng thời không làm ảnh hởng đến công trình khác Khi bố trí cần ý đến điều kiện thuỷ lực dòng vào, dòng tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi, tháo phù sa loại công trình, đập tràn, nhà máy thuỷ điện, công trình lấy nớc N THIT K CễNG TRèNH THY + Điều kiện kỹ thuật: Công trình thiết kế phải đảm bảo ổn định, độ bền, kích thớc công trình tháo đảm bảo đáp ứng đợc yêu cầu khả tháo, nối tiếp thợng hạ lu, chế độ làm việc, vận hành bình thờng + Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải nhất, hiệu đầu t cao Bố trí công trình phải tận dụng đợc vật liệu, lao động, tài nguyên khác Nh cần tận dụng vật liệu địa phơng, ứng dụng loại kết cấu xây dựng công công trình + Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu cách bố trí công trình cần tiện lợi cho việc tổ chức thi công thời gian ngắn cần đặc biệt lu ý đến phơng pháp dẫn dòng thi công thuận lợi Chú ý lợi dụng công trình phục vụ cho thi công nh đê quai, đờng hầm làm công trình hệ thống + Những điều kiện khác: Ngoài yêu cầu điều kiện bố trí công trình cần ý đến điều kiện mỹ thuật, kiến trúc tạo cảnh quan đẹp hài hoà Cần ý biện pháp công trình cho h hỏng quan sát sửa chữa đợc 2.2.2 Bố trí công trình Trên sở phân tích số liệu ban đầu bình đồ khu vực xây dựng, điều kiện địa chất, điều kiện thi công sơ bố trí công trình nh sau: (hình 2-1) + Đập dâng nớc vật liệu địa phơng đợc bố trí toàn tuyến + Công trình tháo lũ dạng đờng tràn tháo lũ bố trí hai bê bờ, song khu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nớc nên bố trí công trình tháo lũ bên bờ phải hợp lý Tuyến đờng tràn đợc xác định dựa vào yếu tố thuỷ lực độ dốc cho phép đờng tràn đất + Công trình lấy nớc bố trí thân đập, nối tiếp sau hệ thống kênh dẫn nớc chạy dọc theo bờ sông + Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) bố trí hai bên bờ phía hạ lu Chng Thit k p dõng nc 3.1 Chọn loại đập dâng nớc Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng tơng đối thoải thuận lợi cho việc thi công xây dựng công trình đập dâng nớc VLĐP Hơn nữa, địa chất công trình có lớp lớp N THIT K CễNG TRèNH THY sét dày 50m nên việc xây dựng đập dâng BTTL không khả thi, phù hợp loại đập dâng VLĐP Đập dâng nớc đập VLĐP, vào địa chất phơng án chọn loại đập đợc đề xuất: + p ỏ co vt chng thm 3.2 Xác định cấp công trình Cấp công trình số quan trọng định lớn đến kích thớc, giá thành công trình Cấp công trình đợc xác định dựa vào yếu tố sau: +Loại đập, chiều cao đập, đập +Năng lực công trình (diện tích tới) +Dung tích hồ chứa Do diện tích tới nên ta xác định cấp công trình theo yếu tố: loại đập, chiều cao đập, loại Cao trình đỉnh đập sơ đợc xác định theo công thức: Cao trỡnh = MNTL + D Trong ú: + D : vt cao trỡnh nh p so vi MNTL xỏc nh cp cụng trỡnh theo chiu cao p s b cú th ly D = 2m +MNTL = MNKT = 56,7m Ta cú: Cao trỡnh = 56,7 + 2= 58,7m Chiu cao p ln nht trng hp p trờn lp nn Hmax = Cao trỡnh CTS = 58,7(- 15)= 73,7(m) Nn p l nn ỏ v chiu cao 73,7m nờn cp cụng trỡnh l cp III 3.3 Thiết kế mặt cắt ngang đập dâng Theo chơng 1, ta thiết kế đập dâng nớc theo hai trờng hợp: +Trờng hợp đập đặt lớp đất (Đập đồng chất chân khay) +Trờng hợp đập đặt lớp đất (bóc toàn lớp đất 1) Khi tính toán số yếu tố ta phải xét riêng cho hai trờng hợp 3.3.1 Tớnh toỏn cỏc thụng s súng v xỏc nh cao trỡnh nh p(tớnh toỏn cho c trng hp) N THIT K CễNG TRèNH THY A, S liu ban u dựng tớnh toỏn MNDBT 54 Cao trỡnh ỏy sụng -15 MNKT 56,7 h s mỏi dc thng lu M1 MNC 28 Kiu gia c mỏi dc thng lu ỏ lỏt khan T 21600s Gúc hng giú vi trc p 0o Mc nc thng lu MNDBT= 54m MNKT= 56,7 Ct nc trc p H(m) H1= 69m H2= 71,7m giú D(m) D= 5337m D= 5693m Vn tc giú W W= 28,4m/s W= 21,35m/s B, Xỏc inh cao trỡnh nh p: + Cao trỡnh = MNTL + D + D = H + HSL + A Ta tớnh cho trng hp : + Cao trỡnh = MNDBT + D1 ; D1 = H1 + HSL1 +A1 + Cao trỡnh = MNKT + D2 ; D2 = H2 + HSL2 + A2 Trong ú: + H1 , H2: dõng mc nc giú ng vi MNDBT v MNKT N THIT K CễNG TRèNH THY + HSL1, HSL2 : Chiu cao súng leo ng vi MNDBT v MNKT + A1 , A2 : vt cao an ton ng vi MNDBT v MNKT So sánh trờng hợp tính toán cao trình đỉnh đập chọn giá trị lớn làm cao trình thiết kế đập C, Xỏc nh dõng mt nc giú H 2.10 6.W D H = cos G H Ln lt thay s vo ta co: + H1 = 0,0013m trng hp MNDBT +H2 = 0.0074m trng hp MNKT D, Xỏc nh chiu cao súng leo( HSL) theo quy phm Xỏc inh cỏc thụng s v song khu nc sõu cho trng hp : MNDBT v MNKT w2 h1 = 0,16 g g D + 6.10 w2 ữ ữ ữ ữ B1,19 ữ w2 ữ B 3, 41 h2 = 0,16 0,635 ữ g + 1, 04.103 g t ữ ữ w h = { 1,19;3, 41} B1.19 Trong ú : + W : Võn tc giú (m/s) + D : giú(m) N THIT K CễNG TRèNH THY + T : Thi gian phỏt trin giú T=6h g = 2. 0,625 w g h = 19,5 ữ g w H s MNDBT MNKT h 3.41 1.19 24,9 28,7 So sỏnh chn ly giỏ tr h, nh TH Chiu cao súng leo lờn mỏi dc cú tn sut i% c tớnh theo cụng thc sau: HSL = K1 K2 K3 K4 Hi% Trong ú: + K1 ,K2 : H s ph thuc vo nhỏm vt liu gia c mỏi + K3 : H s ph thuc tc giú W v h s mỏi dc thng lu + K4 : H s ph thuc dc súng + HI%: Chiu cao súng tớnh toỏn ng vi tn sut i% tớnh theo cụng thc: H I % = K I % H B 2, ì1,19 B 2,856 Trng hp tớnh súng leo ly i= 1% Ki% : c tra theo th ng vi ng cong 1% Bng kt qu tra , tớnh cỏc h s v chiu cao súng leo: H s K1 K2 K3 K4 Ki h1% HSL MNDBT 0,7 0,5 1,5 1,5 2,35 1,72 1,35 MNKT 0,7 0,5 1,5 1,52 2,43 1,34 0,94 E, Xỏc nh vt cao an ton Cụng trỡnh thuc cp III Ta cú vt cao an ton: Trng hp tớnh toỏn MNDBT= 54 MNKT= 56,7 vt cao an ton A(m) 0,7 0,2 N THIT K CễNG TRèNH THY Kt qu tớnh toỏn cao trỡnh nh p c ghi bng sau: Trng hp tớnh toỏn MNDBT= 54 MNKT= 56,7 Cao trỡnh nh p (m) 29,06 29,24 Cao trình đỉnh đập max giá trị Tăng thêm độ an toàn cho đập ta chọn cao trình đỉnh đập 30m 3.3.2 Thiết kế mặt đập (Tính cho hai trờng hợp) Lựa chọn hình dạng, kích thớc hình thức gia cố mặt đập phải dựa yêu cầu: điều kiện làm việc; đảm bảo điều kiện ổn định đập, yêu cầu giao thông, yêu cầu thi công Trong trờng hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng có chiến tranh xảy + Theo yêu cầu cấu tạo điều kiện thi công chiều rộng nhỏ mặt đập theo công thức: Bmin = 0,1 HD = 0,1.32 = 3,2m HD : Chiu cao p HD = CT CTS = 30 (-2) = 32m Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thớc máy thi công phạm vi hoạt động nó, nghĩa chiều rộng mặt đập phải đảm bảo cho máy móc sử dụng trình thi công đập công trình khác hệ thống đợc dễ dàng Chiều rộng đỉnh đập tối thiểu Bmin=3,2m Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng mặt đập tuỳ theo yêu cầu giao thông qua mặt đập Khu vực xây dựng công trình mạch nối hai bờ sông với mật độ giao thông cao, mặt đập đợc thiết kế dạng đờng cấp III Từ yêu cầu ta chọn chiều rộng mặt đập giá trị Bmin nên ta chọn B =7m Mặt đập đợc sử dụng làm đờng giao thông phục vụ cho giao thông nên mặt đờng dải lớp bê tông atphalt Để nớc mặt đập (do ma) dễ dàng chảy xuống, mặt đập cần làm dốc hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựng trụ lan can cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe ngời lại N THIT K CễNG TRèNH THY 3.3.3 Thiết kế hình dạng mái dốc kích thớc đập (Tính cho hai trờng hợp) a) Mái dốc Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trờng hợp khai thác nh thi công Mái dốc thợng lu thờng xuyên chịu tác dụng áp lực nớc, áp lực sóng, giảm đột ngột mực nớc, áp lực va đập vật Mặt khác đặc trng vật liệu: góc ma sát j, lực dính đơn vị C bị giảm đất bão hoà nớc gần nh toàn khu mái dốc thợng lu, mái dốc thợng lu thờng đợc chọn thoải so với mái dốc hạ lu Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào yếu tố nh: loại đập, chiều cao đập, lực tác dụng, đặc tính đất xây dựng đập, đặc tính nền, điều kiện thi công, điều kiện khai thác dựa vào kinh nghiệm đập xây dựng làm việc tốt với điều kiện chiều cao, loại đập địa chất Đối với đập dâng công trình đập ỏ , vật liệu đắp đập ỏ ta chọn hệ số mái dốc: Mái thợng lu: m1 = 3,25 Mái hạ lu: m2 = 2,75 3.0 N THIT K CễNG TRèNH THY