Thiết kế hồ chứa nước loọng luông – PA2

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – LỜI CẢM ƠN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với đề tài : “ Thiết kế hồ chứa nước Loong Luông PA2 ” Với phấn đấu nỗ lực thân hướng dẫn tận tình, chu đáo thầy giáo ThS Nguyễn Hoàng Long em hoàn thành đồ án thời gian quy định Thời gian 14 tuần làm đồ án khoảng thời gian bổ ích cho sinh viên trước trường Giúp sinh viên hệ thống hoá, tổng hợp lại kiến thức học năm thời gian theo học trường, tất môn học cần thiết cho việc làm đồ án phục vụ cho công việc thực tế Ngồi rèn luyện kỹ đọc tài liệu, thu thập số liệu, suy nghĩ sáng tạo cầu nối cho lý thuyết thực tế việc thiết kế, thi công cơng trình, hành trang cho kỹ sư thủy lợi sau trường Chính Đồ án tốt nghiệp cơng trình đầu tay có ý nghĩa lớn em Tuy nhiên, khoảng thời gian 14 tuần với khối lượng công việc, tính tốn tương đối lớn với trình độ hạn chế kinh nghiệm thực tế chưa có nên đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót chưa hợp lý Kính mong nhận ý kiến góp ý, bảo thầy, để em có thêm kiến thức hồn thiện thân tốt phục vụ cho công việc sau Cuối em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Hồng Long tận tình bảo cho em hồn thiện đồ án tốt nghiệp Kính chúc thầy, cô lời chúc tốt đẹp nhất! Em xin trân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 13 tháng năm 2016 Sinh viên Chu Thị Mai Anh Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN: 1.1.1 Đặc điểm địa hình địa mạo : 1.1.2 Điều kiện thuỷ văn khí tượng 1.1.3.Điều kiện địa chất cơng trình: 13 1.1.4 Địa chất thuỷ văn: .23 1.1.5 Tình hình vật liệu xây dựng: 23 1.2 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 24 1.2.1.Tình hình dân sinh kinh tế: 24 1.2.2.Hiện trạng thuỷ lợi điều kiện cần thiết xây dựng cơng trình - tình hình quy hoạch nguồn nước vùng: 25 1.2.3.Phương hướng phát triển kinh tế: 26 1.3 CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC VÀ NHIỆM VỤ CƠNG TRÌNH: 26 1.3.1.Mục tiêu đầu tư: 26 1.3.2.Nhiệm vụ cơng trình 27 1.3.3.Diện tích sử dụng đất 27 1.3.4.Loại, cấp công trình 27 1.3.5.Thành phần cơng trình: 27 CHƯƠNG 2: CẤP CƠNG TRÌNH VÀ TÍNH TỐN THUỶ VĂN 27 2.1.CẤP CƠNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ 27 2.1.1.Xác định cấp bậc cơng trình: 27 2.1.2.Các tiêu thiết kế: .27 2.2.TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC CHẾT: 29 2.2.1.Tính tốn cao trình mực nước chết ( MNC) 29 2.3.TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT HỒ .31 2.3.1.Dung tích hữu ích 31 2.3.2.Tính Vh chưa kể đến tổn thất: .31 2.3.3.Tính Vh có kể đến tổn thất: 32 2.3.4.Kết luận: .35 2.3.5.Kiểm tra xác định cấp cơng trình tiêu thiết kế: 35 Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Lng – 2.4 TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT LŨ .36 2.4.1.Khái niệm mục đích tính tốn 36 2.4.2.Tài liệu tính tốn: 37 2.4.3.Ngun lý tính tốn: 38 CHƯƠNG 3: THIẾT KÉ CHI TIẾT ĐẬP 44 3.1 Xác định kích thước đơn giản: 44 3.1.1 Tài liệu thiết kế: 45 3.1.2 Cao trình đỉnh đập: .45 3.1.3 Chiều rộng đỉnh đập: 52 3.1.4 Hệ số mái đập 52 3.1.5 Cơ đập: 53 3.1.6 Bảo vệ mái đập: 54 3.1.7 Thiết bị thoát nước thân đập: 56 3.2 Tính tốn thấm: 57 3.2.1 Các trường hợp tính tốn: 57 3.2.2 Các mặt cắt tính tốn thấm: 58 3.2.3 Các mặt cắt tính tốn thấm: 58 3.2.4 Tính tốn thấm cho mặt cắt lòng suối: 58 3.2.5 Tính tốn thấm cho mặt cắt sườn đồi phía tả: .65 3.2.6 Tính tốn thấm cho mặt cắt sườn đồi phía phải: 68 3.2.7 Tính thổng lưu lượng tổn thất nước thấm qua đập đất: 70 3.3.1 Mục đích tính tốn: 72 3.3.2 Trường hợp tính tốn; 72 3.3.3 Tài liệu tính tốn: 73 3.3.4 Phương pháp tính tốn: .73 4.1.Kiểm tra khả tháo 90 4.1.3 Tính lại hệ số , m .90 4.2 Quy mô tràn xả lũ: 93 4.2.1 Cửa vào: 93 4.2.2 Ngưỡng tràn: .93 4.2.3 Dốc nước: 93 4.2.4 Tiêu sau dốc kênh dẫn hạ lưu: 94 4.3 Thiết kế ngưỡng tràn: 94 Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – 4.3.1 Thiết kế ngưỡng tràn theo điều kiện ổn định 94 4.3.2 Thiết kế ngưỡng tràn theo điều kiện ứng suất 95 4.3.3 Chọn trị số B 95 4.4 Tính toán thuỷ lực đường tràn xả lũ: 97 4.4.1.Tính tốn độ sâu co hẹp sau ngưỡng: 97 4.5 Chọn cấu tạo chi tiết: 119 4.5.1 Kênh dẫn: 119 4.5.2.Tường cánh thượng lưu: .119 4.5.3 Ngưỡng tràn: .120 4.5.3.Trụ bên: 120 4.5.5.Trụ giữa: .120 4.5.6.Cầu giao thông: 120 4.5.7.Bản đáy đoạn dốc thu hẹp: 121 4.5.8.Tường đoạn dốc thu hẹp đoạn dốc không đổi: .121 4.5.9.Bản đáy đoạn dốc không đổi: .121 4.5.10 Bể tiêu năng: 121 4.6 Kiểm tra ổn định tường bên: .121 4.6.1 Các trường hợp tính tốn: 121 4.6.2 Số liệu tính tốn: 122 4.6.3.Lựa chọn phương pháp: 122 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CỐNG NGẦM 130 5.1 Chọn tuyến cống: 130 5.2 Chọn hình thức cống: 130 5.3 Tính tốn thuỷ lực cống: 130 5.3.1 Tài liệu tính tốn: 130 5.3.2 Sơ bố trí cống: 130 5.3.3 Thiết kế kênh hạ lưu cống: 131 5.3.4 Tính tốn diện cống: 133 5.3.5 Kiểm tra trạng thái chảy tính tốn tiêu năng: .140 5.4 Tính tốn tiêu năng: 150 5.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống: 150 5.5.1 Cấu tạo cửa vào, cửa ra: 150 5.5.2 Thân cống: 151 5.5.3 Tháp van: 152 Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – CHƯƠNG VI: CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT .153 6.1 Các trường hợp phương pháp tính tốn: .153 6.1.1 Các trường hợp tính toán: 153 6.1.2 Số liệu tính tốn: 153 6.1.3 Xác định phương trình đường bão hồ vị trí đặt cống ngầm: .154 6.2 Xác định ngoại lực tác dựng lên cống: 156 6.2.1 Áp lực đất: 157 6.2.2 Áp lực nước: 157 6.2.3 Trọng lượng thân: .158 6.3 Xác định nội lực cống ngầm: 160 6.3.1 Mục đích tính tốn: 160 6.3.2 Phương pháp tính tốn: .160 6.3.3 Nội dung tính tốn: 161 6.3.4 Biểu đồ nội lực cuối cùng: 166 6.4 Tính tốn bố trí cốt thép: 168 6.4.1 Tài liệu tính tốn: 169 6.4.2 Tính tốn cốt thép dọc chịu lực: 170 6.5 Tính tốn cốt thép ngang ( cốt xiên) 178 6.5.1 Điều kiện tính tốn: 178 6.4.3 Kiểm tra khả chống nứt: 182 TÀI LIỆU THAM KHẢO 185 Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN: 1.1.1 Đặc điểm địa hình địa mạo : 1.1.1.1.Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực dự án: Hồ chứa nước Loong Lng có diện tích lưu vực khoảng 2,2 km thuộc sườn Đông Nam dãy núi cao lên đến 1200m Dòng bắt nguồn từ độ cao 1100m Lòng hồ có dạng mở rộng theo hướng Tây Bắc - Đông Nam kéo dọc theo lòng khe suối Loọng Nghịu Loọng Lng Phía nhánh phải – suối Loọng Nghịu lòng thung lũng hẹp sườn dốc; phía nhánh Loọng Lng lòng thung lũng mở rộng với sườn đồi thoải < 300 ngăn cách dải đồi cáo cao độ từ 1045m đến 1025m Phần bụng hồ có cao độ từ 1020,0m ÷ 1005,0m dốc dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam Khu vực tuyến đập cắt ngang thung lũng rộng có địa hình phẳng; tuyến đập phụ qua eo yên ngựa gối với sườn đồi có độ dốc từ 250 ÷ 400 Nhìn chung khu vực cơng trình có địa hình phức tạp, hầu hết diện tích đất tự nhiên đồi, núi cao, có độ dốc lớn bị chia cắt mạnh So với mực nước biển, độ cao trung bình 950m, nơi có cao độ cao 1.544m, thấp 550m Về tổng thể, địa hình khu vực có hướng thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam chia thành hai vùng chính: + Vùng núi: Hầu hết núi vùng đồi dốc có cao độ trung bình 1200 ÷ 1544m so với mực nước biển, địa hình vùng hiểm trở, nhiều chỗ vách dựng đứng, cheo leo, đỉnh lởm chởm tập trung nhiều phía Đơng Bắc Trong vùng khơng có núi đá mà sườn đồi dốc, thoát nước nhanh có độ thấm cao làm cho tầng đất mặt vùng thường khô sau trận mưa rào, mùa khơ vùng thường thiếu nước nghiêm trọng + Vùng đồi đất bằng: Là vùng gồm đồi núi nhỏ, độc lập dạng bát úp, chia cắt địa hình thành lòng chảo nhỏ xen kẹp khe nhỏ, có cao độ thay đổi từ 550 ÷ 1000m, phân bố hầu hết Các dãy núi hình thành sét đỏ lẫn cát kết phong hóa mạnh, biến chất, có đỉnh thoải bằng, độ dốc hai bên sườn núi tương đối Các thung lũng nhân dân khai thác để canh tác trồng lúa màu ao cá, trang trại Thảm thực vật phát triển đa dạng phong phú, nơi rừng tầng đất dày, đất đai tốt Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – 1.1.1.2 Quan hệ Z = f(V), Z = f(F) lòng hồ Loọng Lng I Bảng Quan hệ Z ~ V, Z ~ F Z (m) F (106m2) V (106m3) Z (m) F (106m2) V (106m3) Z (m) F (106m2) V (106m3) 1002 0,000 0,000 1010 0,028 0,065 1018 0,101 0,582 1003 0,001 0,000 1011 0,037 0,097 1019 0,114 0,689 1004 0,004 0,002 1012 0,047 0,139 1020 0,122 0,807 1005 0,005 0,004 1013 0,056 0,190 1021 0,130 0,933 1006 0,006 0,010 1014 0,065 0,250 1022 0,138 1,067 1007 0,008 0,017 1015 0,073 0,319 1023 0,146 1,209 1008 0,012 0,027 1016 0,084 0,397 1024 0,155 1,360 1009 0,019 0,042 1017 0,093 0,485 1025 0,164 1,520 1.1.2 Điều kiện thuỷ văn khí tượng 1.1.2.1 Tổng quan đặc trưng khí tượng: Trong vùng tuyến gần cơng trình có trạm khí tượng Điện Biên có yếu tố quan trắc khí tượng tương đối dài (từ 1957 đến nay) Chất lượng đo đạc đảm bảo phục vụ thiết kế tính tốn cơng trình Ngồi ra, xung quanh có trạm đo mưa Mường Pôn, Mường Mun, Thác Bay, Nứa Ngàm Thời kỳ quan trắc yếu tố quan trắc trạm ghi bảng 2.1 Bảng 2 Tình hình quan trắc trạm khí tượng TT Tên trạm Điện Biên Mường Pôn Mường Mun Nứa Ngàm Thác Bay 1.1.2.2 Khí tượng : Yếu tố đo Khí tượng Mưa Mưa Thủy văn, mưa Thủy văn, mưa Thời gian đo 1957 đến 1960 ÷ 1990 1966, 71, 72,75, 76,91 1970 ÷ 1974 967 1.1.2.2.1 Đặc điểm chung khí hậu – khí tượng Khí hậu vùng dự án nói chung chịu ảnh hưởng vùng nhiệt đới gió mùa: nắng nóng, mưa nhiều, độ ẩm cao, bốc nhiều Nhiệt độ mang đặc trưng vùng miền núi, nhiệt độ lên cao vào tháng mùa hè giảm đáng kể vào tháng mùa đơng, có thời điểm xuống tới gần 0 C Mưa chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng đến tháng 9, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, tháng 10 tháng hai tháng chuyển tiếp Lượng mưa phân phối không đều, chiếm tỷ lệ lớn mùa mưa; mùa khơ lượng mưa ít, nhiên vào tháng 4, tháng 10 xuất vài trận mưa Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – gây lũ Đặc điểm khí hậu khu vực hồ chứa phân tích thơng qua số liệu quan trắc yếu tố khí hậu trạm Điện Biên Bảng Đặc trưng trung bình yếu tố khí hậu Số Nhiệt độ khơng Tháng nắng khí TB(T0C) 10 11 12 Năm 161,5 181,3 205,2 211,4 201,0 141,6 134,9 149,7 171,4 172,9 164,3 166,0 2061 Tốc độ gió TB (Vm/s) 0,79 0,88 0,90 0,94 1,27 0,95 0,79 0,83 0,76 0,74 0,67 0,77 0,86 Độ ẩm tương đối (U%) 16,3 18,6 19,9 23,8 25,3 26,3 25,8 25,5 24,6 22,7 19,5 16,3 22,2 83,2 80,6 80,3 81,8 82,9 85,1 87,0 88,1 87,1 85,4 83,9 83,7 84,1 Lượng bốc ống Piche (Z mm) 68,4 82,1 96,5 90,4 92,2 75,6 64,9 58,3 60,1 70,1 68,6 64,7 891,9 1.1.2.2.2 Bốc Lượng tổn thất bốc phân phối tháng năm theo tỷ lệ phân phối bốc đo ống Piche trạm Điện Biên Kết bảng 2.4 Bảng Phân phối bốc theo tháng Tháng ΔZ (mm) 10 11 12 Năm 14,2 17,1 20,0 18,8 19,2 15,7 13,5 12,1 12,5 14,6 14,2 13,4 185,3 1.1.2.2.3.Gió Tốc độ gió lớn theo hướng thu thập từ chuỗi tài liệu quan trắc trạm Điện Biên, kết tính tốn sau: Bảng Gió lớn hướng theo tần suất Hướng VTB (m/s) CV CS V4% (m/s) W 10,5 0,65 1,3 28,7 N 15,9 0,60 2,10 44,0 Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – E 9,3 0,46 1,38 20,7 S 10,9 0,35 1,23 20,9 NW 12,3 0,40 1,00 24,8 SW 11,5 0,45 2,30 27,0 NE 11,4 0,44 2,10 26,1 SE 10,0 0,45 1,58 22,4 1.1.2.3 Thuỷ văn: Gần vị trí lưu vực có trạm Nứa Ngàm (F = 125 km 2) quan trắc dòng chảy ngày từ 1970 – 1974; trạm Bản Yên (F = 638 km 2) quan trắc dòng chảy từ 1976 đến nay; trạm Thác Bay sông Nậm Rốm quan trắc dòng chảy từ năm 1959 ÷1962 Trạm Bản n có diện tích lưu vực q lớn so với vùng nghiên cứu, trạm Nứa Ngàm gần lưu vực tính tốn nhất, nhiên có chuỗi tài liệu q ngắn nên dùng để tính tốn phân phối dòng chảy năm lưu vực Bảng Tình hình quan trắc trạm thuỷ văn Flv (km2) 125 638 TT Tên trạm Nứa Ngàm Bản Yên Thác Bay Him Lam 1.1.2.3.1 Mưa: Yếu tố đo Thủy văn, mưa Thủy văn, mưa Thủy văn, mưa Thủy văn, mưa Thời gian đo 1970 ÷ 1974 1976 đến 1959 ÷ 1967 a 963 + Lượng mưa bình quân lưu vực: X0 = 1729,0 (mm) + Lượng mưa gây lũ: Bảng Lượng mưa ngày lớn thiết kế trạm Điện Biên Đặc trưng thống kê Xp% (mm) XTB (mm) CV CS P = 0,2% P = 0,5% P = 1,0% P = 1,5% P = 2% P = 10% 116,4 0,39 1,40 323,0 290,1 264,8 249,9 239,2 177,0 + Lượng mưa tưới thiết kế XP=75% = 1352,6mm Mơ hình mưa tưới với tần suất 75% ghi bảng 2.7 Bảng Mô hình lượng mưa tưới thiết kế Tháng X(mm) 0,3 10 11 12 1,41 1,51 238,4 153,5 248,3 317,4 134,4 159,8 80,9 7,57 9,08 1.1.2.3.2 Dòng chảy năm dòng chảy năm thiết kế Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – - Lưu lượng dòng chảy trung bình nhiều năm: Tuyến hồ chứa: Q0 = 0,049m3/s Tuyến đập dâng: Q0 = 0,015m3/s - Lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Tuyến hồ chứa: QP = 85% = 0,034m3/s; Tuyến đập dâng: QP = 85% = 0,011m3/s; - Phân phối dòng chảy năm thiết kế: Bảng Phân phối dòng chảy năm thiết kế tuyến hồ chứa tuyến đập dâng Q85% (m3/s) Tháng 10 11 12 1.1.2.3.3 Dòng chảy lũ Tuyến hồ 0,005 0,003 0,003 0,006 0,005 0,024 0,099 0,186 0,048 0,014 0,008 0,006 Tuyến đập dâng 0,002 0,001 0,001 0,002 0,002 0,008 0,031 0,059 0,015 0,004 0,003 0,002 - Lưu lượng đỉnh lũ vị trí tuyến cơng trình ghi bảng 2.10 2.11 Bảng 10 Lưu lượng đỉnh lũ vị trí tuyến hồ Tham số P = 0,2% P = 0,5% P = 1% P = 1,5% P = 2% P = 10% F (km2) 1,90 1,90 1,90 1,90 1,90 1,90 Qp( m3/s) 55,4 48,7 43,5 41,0 38,8 26,8 Bảng 11 Lưu lượng đỉnh lũ vị trí tuyến đập dâng Tham số P = 0,5% P = 1,5% P = 2% Qp( m /s) 12,5 10,5 10,0 - Đường trình lũ ứng với tần suất tuyến hồ ghi bảng 2.12: Bảng 2.12 Đường trình lũ lưu vực hồ chứa Loong Luông Sinh viên: Chu Thị Mai Anh Trang 10 Lớp : Lào Cai I Đồ án tốt nghiệp kỹ sư PA2 Thiết kế hồ chứa nước Loọng Luông – N Rn R aF'a e' e0 F'a Rnbx R aF a Fa Hình 6-12: Sơ đồ ứng suất Các công thức bản: - Phương trình hình chiếu: K n nc N ≤ mb Rn x + ma Ra' Fa' − ma Ra Fa Đặt α = (6-19) x Phương trình (6-19) trở thành: h0 K n nc N ≤ mb Rn h0 α + ma Ra' Fa' − ma Ra Fa - (6-20) Phương trình mơ men lấy tâm Fa’ x K n nc N e ≤ mb Rn b.x (h0 − ) + ma Ra' Fa' (h0 − a ' ) (6-21) Với A = α (1 − 0,5α ) phương trình( 6-21) trở thành: K n nc N e ≤ mb Rn b.h02 A + ma Ra' Fa' (h0 − a ' ) (6-22) Tính Fa Fa’ với α = α = 0, A = A0 = 0, 42 từ phương trình (6-22) ta có: Fa' = K n nc N e − mb Rn b.ho2 A0 1,15.1.20, 673.103.56 − 1, 2.90.100.46 2.0, 42 = = −53, 45(cm ) ' ma Ra ( h0 − a ') 1,1.2700.(46 − 4) ' Vì Fa’ 0,3h0 = 13,8cm nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tiến hành tính tốn tương tự ta kết sau: e = η e0 + 0,5.h − a = 1.31 + 0,5.50 − = 52(cm) e ' = η e0 − 0,5.h + a ' = 1.31 − 0,5.50 + = 10(cm) Tính Fa; Fa’ với α = 0, 6; A = A0 = 0, 42 Từ phương trình (6-22) : Fa' = K n nc N e − mb Rn b.ho2 A0 1,15.1.23,595.103.52 − 1.90.100.462.0, 42 = = −52,80(cm ) ma Ra' (h0 − a ') 1,1.2700.(46 − 4) Vì Fa’