thiết kế dẫn dòng thi công và công tác hố móng

thiết kế dẫn dòng thi công và công tác hố móng CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Vị trí và nhiệm vụ công trình Công trình đầu mối hệ thống thủy lợi TL được xây dựng trên suối TC, thuộc xã X, huyện H, cách thị xã T 20 km về phía Bắc. 1.1.1. Nhiệm vụ công trình Công trình có các nhiệm vụ chính như sau: Cung cấp nước tưới cho nông nghiệp Phát điện Cung cấp nước cho sinh hoạt cho và công nghiệp Lòng hồ kết hợp nuôi trồng thủy sản; Cải tạo môi trường và du lịch 1.2. Quy mô công trình Công trình gồm các hạng mục: Đập đất, cống lấy nước, tràn xả lũ. 1.2.1. Thông số hồ chứa Ứng với các cao trình mực nước hồ có các dung tích sau: Mực nước dâng bình thường : 18,60 m Mực nước gia cường : 20,26 m Mực nước chết : 11,50 m Dung tích tòan bộ (Vtb): 4,919 106 m3. Dung tích hữu ích (Vhi): 3,831 106 m3. Dung tích chết (Vc): 1,008 106 m3. 1.2.2. Đập đất Kết cấu đập bằng đất đắp. Có các thông số kỹ thuật của đập như sau: Hình thức đập: đập đồng chất. Cao trình đỉnh đập ( đđ): +20,8m. Cao trình đỉnh tường chắn sóng ( tcs): +21,3m. Cao trình đống đá tiêu nước ( đtn): +10,00m Chiều cao đập lớn nhất (Hmax): 16,8 m. Chiều dài theo đỉnh đập chính (Lđ): 227 m. Bề rộng mặt đập (Bđ) : 5 m. Hệ số mái thuợng lưu (m): 3,5 Hệ số mái hạ lưu (m): 3,0 Bảo vệ mái thựơng lưu: đá hộc lát khan trên lớp đá dăm, cát lót và vải địa kỹ thuật. Mái hạ lưu được bảo vệ bằng phương pháp trồng cỏ.

ĐỒ ÁN DẪN DÒNG THI CÔNG VÀ CÔNG TÁC HỐ MÓNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Công trình đầu mối hệ thống thủy lợi TL được xây dựng trên suối TC, thuộc xã

X, huyện H, cách thị xã T 20 km về phía Bắc

1.1.1 Nhiệm vụ công trình

Công trình có các nhiệm vụ chính như sau:

- Cung cấp nước tưới cho nông nghiệp

- Phát điện

- Cung cấp nước cho sinh hoạt cho và công nghiệp

- Lòng hồ kết hợp nuôi trồng thủy sản;

- Cải tạo môi trường và du lịch

1.2 Quy mô công trình

Công trình gồm các hạng mục: Đập đất, cống lấy nước, tràn xả lũ

1.2.1 Thông số hồ chứa

Ứng với các cao trình mực nước hồ có các dung tích sau:

- Mực nước dâng bình thường : 18,60 m

- Mực nước gia cường : 20,26 m

- Chiều cao đập lớn nhất (Hmax): 16,8 m

- Chiều dài theo đỉnh đập chính (Lđ): 227 m

cống lượng

thiết kế

(m3/s)

đáy cống

dài cống (m)

1.3 Thời gian thi công

Công trình được xây dựng trong khoảng 3 năm kể từ ngày khởi công

1.4 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng công trình

1.4.1 Điều kiện địa hình

Suối TC chảy qua vùng đồi thấp, đỉnh hình tròn, hai bên lòng suối có thềm rộng,thuận tiện cho việc thi công

1.4.2 Đặc trưng khí tượng, thủy văn

Khu vực xây dựng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Mùa mưa từ tháng V đếntháng X, mùa khô từ tháng XI đến tháng IV

1.4.3 Các đặc trưng thủy văn và các yếu tố dòng chảy vùng công trình đầu mối

Hồ TL dự kiến xây dựng trên Suối TC Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập đođược 16,6 km2

Lưu lượng thiết kế mùa lũ và mùa kiệt

Quan hệ Q~Zh ở hạ lưu tuyến đập

Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 7.

1.5 Nguồn vật liệu xây dựng

1.5.1 Vật liệu đất

Mỏ 1 nằm phía vị trí đập tràn, cách tuyến đập 400m, gồm chủ yếu là lớp đất sét

và có lớp á sét từ trung đến nặng có lẫn dăm sạn xen kẹp, lớp này có lúc ở dưới, ở giữa

và ở trên lớp đất sét Bề dày khai thác tương đối đồng đều 2÷2,5m

Mỏ 2 nằm ở thượng lưu tuyến đập, cách tuyến đập 500m gồm các loại đất: á sét,sét, bề dày trung bình 2,8m

Mỏ 3 nằm ở sau vai trái tuyến đập Mỏ này chủ yếu là đất sét, bề dày trung bình2,5m cách tuyến đập 800m

Mỏ 4 nằm phía thượng lưu tuyến đập, cách tuyến đập khoảng 1500m, bề dàykhoảng 2,4m, gồm đất sét, á sét

Bốn mỏ đất gồm hai loại nguồn gốc chính là Eluvi và Deluvi Đất ở bốn mỏ này

có dung trọng tự nhiên khô ɣtnk = 1,6T/m3 , đều dùng để đắp đập được

1.5.3 Giao thông vận tải

Công trình nằm ở huyện H cách quốc lộ khoảng 12km Đường đến công trìnhthuận tiện cho việc vận chuyển thiết bị thi công và vật liệu xây dựng

1.6 Điều kiện dân sinh kinh tế

Theo phương hướng quy hoạch đây là một huyện có dân số không nhiều nhưnglại có nhiều dân tộc khác nhau Cuộc sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp, điều kiệnsinh hoạt thấp kém

1.7 Khả năng cung cấp điện nước

Nước cho sinh hoạt cần xử lý bảo đảm vệ sinh cho người dùng

1.8 Điều kiện thi công

- Công trình đầu mối thủy lợi do Công ty M đảm nhận thi công

- Vật tư thiết bị cung cấp đến chân công trình theo đúng tiến độ

- Máy móc đảm bảo cho việc thi công

- Thời gian thi công 3 năm.

CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG

2.1 Mục đích, ý nghĩa của việc chọn phương án dẫn dòng thi công

2.1.1 Mục đích của công tác dẫn dòng thi công

Tìm hiểu biện pháp hợp lý và tối ưu để dẫn được nước từ thượng lưu về hạ lưu,hạn chế thấp nhất sự phá hoại của dòng chảy đến công trình Đảm bảo công trình được triểnkhai thi công trong điều kiện khô ráo, đúng tiến độ thiết kế

2.1.2 Nhiệm vụ của công tác dẫn dòng

- Chọn phương án dẫn dòng

- Chọn tần suất và lưu lượng dẫn dòng thi công

- Tính toán thuỷ lực và điều tiết dòng chảy

- Thiết kế các công trình tạm, đắp đê quai, dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu

2.1.3 Ý nghĩa của công tác dẫn dòng

Công tác dẫn dòng thi công có ý nghĩa quyết định đến việc lựa chọn hình thức kếtcấu và bố trí công trình thuỷ lợi đầu mối, ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ thi công, biệnpháp thi công và giá thành công trình

2.2 Phương án dẫn dòng thi công

2.2.1 Nguyên tắc lựa chọn phương án dẫn dòng thi công

- Thời gian thi công ngắn nhất

- Phí tổn dẫn dòng và giá thành công trình rẻ nhất

- Thi công thuận tiện, liên tục, an toàn và chất lượng cao

- Triệt để lợi dụng các điều kiện có lợi của tự nhiên và các đặc điểm của kết cấu công trình thuỷ công để giảm bớt khối lượng và giá thành các công trình tạm

- Khai thác mọi khả năng, lực lượng tiên tiến về kỹ thuật tổ chức và quản lý như:Máy móc có năng suất cao, phương pháp và công nghệ thi công tiên tiến, tổ chức thi côngkhoa học để tranh thủ tối đa thi công vào mùa khô với hiệu quả cao nhất Cụ thể là mùa khômực nước thấp, đắp đê quai ngăn dòng tập trung đắp đập với tốc độ nhanh vượt lũ tiểu mãn

và lũ chính vụ

- Khi thiết kế các công trình tạm nên chọn các phương án thi công đơn giản, dễ làm,thi công nhanh, dỡ bỏ dễ dàng, tạo điều kiện cho công trình chính sớm khởi công và thi

2.2.2 Nêu phương án dẫn dòng thi công

Căn cứ vào việc phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến việc dẫn dòng thi công, có thể đềxuất các phương án sau:

• Phương án 1: Theo phương án này thời gian thi công là 2,5 năm Bắt đầu thi công từ

%)

Lưu lượngdẫn dòng(m3/s)

Các công việc phải làm vàcác mốc khống chế

10 15.4 - Đắp đê quai TL, HL,

đê quai dọc bờ trái -Thi công cống -Đắp một phần đập chính bên bờ trái , đến cao trìnhvượt lũ

Mùa lũ I

(Tháng 9 đến

tháng 12)

Lòng sông thu hẹp kết hợp cống

10 150 -Thi công đập bên bờ trái

(Tháng 9 đến

tháng 12)

Cống và móng tràn

10 150 Chặn dòng Thi công đắp

đập bờ phải và hoànthiện đập

• Phương án 2: Theo phương án này thời gian thi công là 2 năm.

%)

Lưu lượngdẫn dòng(m3/s)

Các công việc phải làm vàcác mốc khống chế

10 15.4 - Đắp đê quai TL, HL,

đê quai dọc bờ trái -Thi công cống -Đắp một phần đập chính bên bờ trái đến cao trình vượt lũ

Mùa lũ I

(Tháng 9 đến

tháng 12)

Lòng sông thu hẹp kết hợp cống

10 150 -Thi công đập bên bờ trái

(Tháng 9 đến

tháng 12)

Cống và tràn

10 150 Thi công đắp đập bờ

phải và hoàn thiện đập

2.2.3 So sánh phương án

• Phương án 1: Phương án này sử dụng phương án dẫn dòng qua lòng song thu hẹp kết hợp

với cống Thời gian thi công trong vòng 2,5 năm Ưu điểm của phương án này là có cường

độ thi công vừa phải, đồng đều trong các giai đoạn,

• Phương án 2: Sử dụng lòng sông thu hẹp, cống, tràn xả lũ để dẫn dòng Thời gian thi

công trong vòng 2 năm Ưu điểm của phương án này là có thời gian thi công ngắn, đẩynhanh tiến độ thi công Tuy nhiên, phương án này lại có nhược điểm là cường độ thicông trong các gian đoạn khá lớn cung ứng vật liệu nhân công gấp

• Kết luận: Qua đó ta thấy phương án 1 là phương án dẫn dòng tối ưu hơn Đảm bảo đúng

tiến độ thiế kế, yêu cầu kỹ thuật

2.2.4 Chọn tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công

Lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn dẫn dòngứng với tần suất dẫn dòng thi công

2.2.4.1 Chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công.

Công trình hồ chứa nước Phú Hà là công trình cấp III Theo tiêu chuẩn QCVN 05/2012, tần suất lưu lượng để thiết kế công trình tạm phục vụ cho dẫn dòng thi công đượcxác định dựa vào thời gian công trình đầu mối hoàn thành Hồ chứa nước Phú Hà là côngtrình cấp III, dẫn dòng qua nhiều mùa khô chọn tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất đểthiết kế công trình tạm phục vụ cho công tác dẫn dòng là P=10%

04-2.2.4.2 Chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công

Lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn thiết kếdẫn dòng thi công ứng với tần suất thiết kế đã chọn Căn cứ vào lưu lượng trung bình thángtrong thời đoạn dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn dòng đã chọn ở trên ta chọn được lưulượng thiết kế dẫn dòng thi công như sau:

Mùa khô: QddTK = 16.4 m3/s

Mùa lũ : QddTK = 165 m3/s

2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công

2.3.1 Tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp mùa khô năm thứ nhất.

2.3.1.1.Mục đích

- Xác định quan hệ Q~ZTL khi dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp

- Xác định cao trình đê quai thượng lưu và hạ lưu

- Xác định cao trình đắp đập chống lũ cuối mùa khô

- Kiểm tra điểu kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy

2.3.1.2 Nội dung tính toán

- Xác định mức độ thu hẹp lòng sông

Mức độ thu hẹp của lòng sông phải hợp lý Một mặt đảm bảo yêucầu về mặt bằng thi công, mặt khác đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợpdòng chảy cho hạ du mà không gây xói lở, theo giáo trình thi công tập I,mức độ thu hẹp lòng sông được xác định theo công thức:

K =

1 2

*100%

ωω

K - Mức độ thu hẹp của lòng sông

Thông thường theo kinh nghiệm K =30% ~ 60%

Tuy nhiên với những sông miền núi có lưu lượng lớn nên tính toán vớimức độ thu hẹp lòng sông nhỏ để giảm bớt xói cho lòng sông

Từ Qdd = 16.4 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta được cao trình Zhl = 5,6 (m)

→ Đo diện tích trên mặt cắt ngang ta được các thông số :

+ -Diện tích ướt phần công trình chiếm chỗ+ - Diện tích ướt phần lòng sông tự nhiên

Q V

tk

Q V

ω

=

Trong đó :+ Qdd = 16.4 m3/s là lưu lượng thiết kế dẫn dòng

0,85

ϕ =

là hệ số lưu tốc

+ Vc là lưu tốc tại mặt cắt co hẹp+ V0 là lưu tốc tới gần

-So sánh Ztt với Zgt cho đến khi sai số chấp nhận được.Nếu tính toán không chấpnhận được thì giả thiết lại Zgtcho đến khi Zgt ≈ Ztt thì dừng lại

- Dữ liệu tính toán được thể hiện trong bảng sau :

Bảng 1- tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp mùa kiệt năm nhất

0.018 5.618 46.36 17.13 29.23 0.35375 0.6 0.01862

32 20.009 5.609 45.74

16.828

28.912

0.35854

0.0184480.009

5 5.6095 45.776 16.844 28.932 0.3582663 0.6 0.018458

Ta thấy giá trị ∆Zgt ≈ ∆Ztt =0,018m Vậy chọn ∆Z= 0,018 m

Xác định mực nước sông phía thượng lưu về mùa khô năm thứ nhất :

• Mùa kiệt: ở bảng tính 1 ta có ∆Ztt = ∆Zgt =0,018 m thỏa mãn điều kiện tính gần đúng

ZTl = Zhl + ∆Zgt = 5.6+ 0,018 = 5,618 m

- Kiểm tra điều kiện co hẹp lòng sông:

Thỏa mãn K thuộc khoảng từ 30%-60%

Với δ = (0,5-0,7) m là độ cao an toàn, chọn δ = 0,7 m

- Kiểm tra điều kiện chống xói

Đất nền đáy sông là bùn á sét đến bùn sét chứa nhiều hữu cơ ở trạng thái chảy dẻo kém chặt [Vc ]kx=0,5(m/s) ; vậy Vc =0.6 >[Vc]kx, vậy lòng sông bị xói

- Biện pháp gia cố: vì lớp bùn đáy sông là đất yếu sẽ phải bóc bỏ khi thi công đập nên ta tiến hành bóc bỏ nó để mở rộng lòng sông,tăng tiết diện, tức là giảm nhỏ Vc Mặt khác đất lòng sông mới cũng có khả năng chống xói tốt hơn ta bóc bỏ lớp bùn sét đi khoảng 1 m

2.3.2 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp cho mùa lũ năm nhất

Từ Qdd =165 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta được cao trình Zhl = 9,38(m) *Xác định Ztl :

Q V

tk

Q V

ω

=

Trong đó :+ Qdd = 165 m3/s là lưu lượng thiết kế dẫn dòng

0,85

ϕ =

là hệ số lưu tốc

+ Vc là lưu tốc tại mặt cắt co hẹp+ V0 là lưu tốc tới gần

-So sánh Zttvới Zgt cho đến khi sai số chấp nhận được.Nếu tính toán không chấpnhận được thì giả thiết lại Zgtcho đến khi Zgt ≈ Ztt thì dừng lại

- Dữ liệu tính toán được thể hiện trong bảng sau :

Bảng 2- tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp mùa lũ năm nhất

221.64

0.37913

6 0.79

0.0276740.02 9.4

434

02

212.97

221.05

0.38016

68 0.79

0.0276340.02

5 9.405 434.62 213.26 221.36 0.379642 0.79 0.027654

Ta thấy giá trị ∆Zgt ≈ ∆Ztt =0,027m Vậy chọn ∆Z= 0,027 m

Xác định mực nước sông phía thượng lưu về mùa lũ năm thứ nhất :

• Mùa lũ : ở bảng tính 1 ta có ∆Ztt = ∆Zgt =0,027 m thỏa mãn điều kiện tính gần đúng

ZTl = Zhl + ∆Zgt = 9.38 + 0,027 = 9.407m

Kiểm tra điều kiện co hẹp lòng sông:

Thỏa mãn K thuộc khoảng từ 30%-60%

Với δ = (0,5-0,7) m là độ cao an toàn, chọn δ = 0,7 m

Ta thấy cao trình đê quai tl và hl gần bằng nhau nên chọn cao trình bằng nhau Zđq =10.81mVậy cuối mùa khô năm nhất cần phải đắp đập tới cao trình vượt lũ là : Zđđvl =10,81m

- Kiểm tra điều kiện chống xói

Đất nền đáy sông là bùn á sét đến bùn sét chứa nhiều hữu cơ ở trạng thái chảy dẻo kém chặt [Vc ]kx=0,5(m/s) ; vậy Vc =0,79 >[Vc]kx, vậy lòng sông bị xói

- Biện pháp gia cố: vì lớp bùn đáy sông là đất yếu sẽ phải bóc bỏ khi thi công đập nên ta tiến hành bóc bỏ nó để mở rộng lòng sông,tăng tiết diện, tức là giảm nhỏ Vc Mặt khác đất lòng sông mới cũng có khả năng chống xói tốt hơn ta bóc bỏ lớp bùn sét đi khoảng 1 m

2.3.3 Tính toán thủy lực cho cống ngầm cho mùa khô năm thứ hai.

- Lưu lượng thiết kế dẫn dòng : Qc=16,4 m3/s

- Lưu lượng thiết kế cống Qc=1 m3/s

- Chiều dài cống Lc= 80m

Căn cứ vào lưu lượng dẫn dòng Q

mk dd

và quan hệ Q~Zhl ta xác định được Zhl

Ứng với Qc = 1 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta có: Zhl = 5,08 (m)

2.3.3.2 Mục đích

- Lập quan hệ giữa lưu lượng qua cống và mực nước thượng lưu cống: (Q ~ ZTLC)

- Lợi dụng công trình lâu dài để dẫn dòng

- Xác định mực nước trước cống để xác định cao trình đỉnh đê quai thượng lưu, cao trình đắp đập vượt lũ

- Kiểm tra sự an toàn của cống khi dẫn dòng

2.3.3.3 Tính toán thủy lực cho kênh dẫn sau cống

Căn cứ vào địa hình vùng xây dựng công trình, sơ bộ thiết kế kênh dẫn dòng có cácthông số như sau:

- Chiều rộng của đáy kênh: b = 4 m

- Cao trình đầu kênh: Zđk = Zcr cống = 6 – 0,02.80 = 4.4 m.

- Cao trình cuối kênh : Zck = Zđk – iLk = 4.4 – 0,002.78 = 4.24 m

.( h ) 1,0323.1, 438 1, 484m R

cn

3

σ1h

Với : hkcn =

3 2

2gbαQ

=

2 3

21.16, 4 1,1979,81 4 = m

σcn = b

m.h cn k = 41,5.1,197 =0,45

2

2ω

Độ sâu tại cửa ra của kênh là: hCK = hK = 0,1768 m

+ Ta lập được bảng tính h0 và hK tương ứng với các cấp lưu lượng như sau

82 4 2 6 4

18 0,02092 1,069 3,7418 1,4593 1,2733 0,4775 1,101 1,5617,4

0,021

64 1,056

3,7879

1,4498

1,2448

0,466

8 1,08

1,53116,4 0,023 1,0323 3,8748 1,4376 1,1966 0,4487 1,043 1,484

15 0,02511 0,998 4,008 1,4178 1,1275 0,4228 0,99 1,41514

0,026

9 0,973 4,111

1,4018

1,0769

0,403

8 0,95

1,36413,4 0,0281 0,957 4,1797 1,3918 1,0459 0,3922 0,926 1,33212,4

0,030

37 0,93

4,3011

1,3742

0,9932

0,3724

0,884

1,278+ Tính và vẽ đường mặt nước: Tính dòng ổn định không đều bằng phương pháp cộng trực tiếp xuất phát từ độ sâu cuối kênh, công thức tính như sau:

ω = (b + mh)h (m2)

χ = b + 2h m

2

1+ (m) R = χ

ω (m)

2

; J2 =  C R  

V

2 2

- Đoạn đầu kênh coi như đập tràn đỉnh rộng:

- Nếu chảy không ngập :

2

2 1

hđk

- Nếu chảy ngập: Q = φnω

2 (g H o−h)

(h = hn – Z2)

Trong đó: Z2 -độ cao hồi phục

ω - Diện tích mặt cắt ướt ứng với độ sâu h (m)

+Kết quả tính toán được ghi ở các bảng tính toán đường mặt nước trong kênh

Tính toán tương tự với các lưu lượng:, 18 m3/s, 17,4m3/s, 15 m3/s, 14 m3/s

*Kết quả tính toán cuối cùng được trình bày trong bảng sau

15 0,99 1,307 1,320 1,3 chảy ngập 8,664 1,415 5,82

Từ kết quả này ta xác định được quan hệ (Q ~ Ztlkênh)

d Tính toán thủy lực qua cống dẫn dòng

Căn cứ vào lưu lượng dẫn dòng Q

mk dd

Dòng chảy trong cống diễn ra ở một trong 3 trạng thái: có áp, bán áp và không áp Muốn

xác định lưu lượng qua cống trước hết phải xác định trạng thái chảy qua cống

Sơ đồ tính toán thuỷ lực của cống ngầm

- Giả thiết cống chảy không áp

- Về mặt định tính, ta thấy L > Lk = (8 ÷10)H nên có thể coi cống làm việc như một đập trànđỉnh rộng nối tiếp với hạ lưu bằng một đoạn kênh Nghĩa là phải xét đến ảnh hưởng của độ dốc và độ nhám của lòng cống

2 2

1.16, 4

1, 2389.81.3,8

Q gb

- Q: Lưu lượng qua cống ngầm

- Độ sâu phân giới,với Q = 16,4 (m2/s) ta có :

- hk = 1,238 (m)< d = 3,8(m)

Vậy không thể có nước nhảy trong cống,có 2 khả năng: hoặc là chảy nửa áp với dòng chảy xiết trên toàn bộ chiều dài cống hoặc là chảy có áp