Thiết kế hồ chứa nước Tây Nguyên

Nghị quyết của huyện Đảng bộ huyện Quỳnh Lưu khóa XV đã đề ra là tăng cường phát triển kinh tế về mọi mặt,trong đó chú trọng ổn định và phát triển nông nghiệp mà trọng tâm là phát triển

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

Vị trí địa lý của công trình

Hồ chứa nước Tây Nguyên nằm trên khe Cái địa bàn xóm 1, Đồng Tâm xã Quỳnh Thắng Quỳnh Lưu Nghệ An có toạ độ vào khoảng: 19 o 17’ vĩ độ Bắc,105 o 33’ kinh độ Đông Khe Cái bắt nguồn từ những dẫy núi có cao độ 300m của xã Quỳnh Thắng ( huyện Quỳnh Lưu ) và huyện Nghĩa Đàn.

Đặc điểm địa hình

1.2.1 Tài liệu khảo sát địa hình

Bình đồ lòng hồ, tỷ lệ 1/2000

Bình đồ vị trí đập chính, đập phụ và tràn xả lũ hiện tại, tỷ lệ 1/500

Trắc ngang đập chính, đập phụ, tràn xả lũ và kênh chính hiện tại, tỷ lệ:1/100

Trắc dọc, ngang cống lấy nước

Vùng lòng hồ có diện tích lưu vực 6,9km 2 , nằm trong miền địa hình đồi núi thấp đến núi cao trung bình,rừng trồng và khoanh nuôi thảm thực vật tương đối dày,toàn vùng có cao trình thiên nhiên từ (70÷110)m,vùng hưởng lợi từ vùng núi cao trung bình về đến vùng bán sơn địa,địa hình xuống thấp từ (30÷40)m

1.2.3 Đánh giá điều kiện địa hình

Khu vực lòng hồ có thảm thực vật là rừng trồng và rừng tự nhiên phủ kín hầu hết các khoảng trống xung quanh hồ,do mực nước hồ không có thay đổi lớn giữa các mùa nên không ảnh hường nhiều đến thảm thực vật và ngập lụt rừng trong lòng hồ

Giao thông thuận lợi cho việc tập kết vật liệu , tuy nhiên xung quanh hồ không có bãi lấy đất nên cần lấy đất ở bãi Đồng Chùa cách 2km.

Địa chất

1.3.1 Tài liệu địa chất Đánh giá chất lượng địa chất công trình của đập và nền đập chính, đập phụ đã có Trắc ngang địa chất tuyến đập chính, đập phụ, từ tim lấy ra mỗi phía 50m

Trắc dọc địa chất tuyến đập chính, đập phụ

Tài liệu xác định vị trí, khoan thăm dò, đánh giá, đo vẽ trắc dọc, trắc ngang địa chất bãi vật liệu đất đắp đập

1.3.2 Đặc điểm địa chất khu vực lòng hồ

Lòng hồ có địa chất tốt,không bị thấm và mất nước tuy nhiên, vùng lưu vực lòng hồ có một số điểm sạt lở cục bộ, vấn đề này sẽ có ảnh hưởng tới bồi lắng lòng hồ Cần bảo vệ rừng khu vực xung quanh lòng hồ, chống xói lở đảm bảo ổn định bờ hồ, vách hồ

1.3.3 Điều kiện địa chất công trình

Lớp 1: Đất hỗn hợp á sét trung lẫn nhiều sạn sỏi,màu vàng,xám vàng,xám trắng,xám nâu,nâu đỏ.Trạng thái đất ẩm,nửa cứng đến cứng.Kết cấu chặt vừa.Bề dày thay đổi từ (3,80~7,50)m

Lớp 2: Đất á sét lẫn sạn sỏi,ít cuội bồi tích lũng khe.Trạng thỏi đất ẩm,nửa cứng đến dẻo cứng,kết cấu chặt vừa đến chặt.Bề dày chưa xác định

Lớp 3: Đất sét lẫn sạn sỏi màu xám trắng lẫn nâu đỏ.Trạng thái ẩm,dẻo mềm đến dẻo cứng,kết cấu chặt vừa.Bề dày hiện tại chưa xác định

Lớp 4: Đất á sét lẫn sạn tàn tích màu xám nâu.Trạng thái đất ẩm,nửa cứng đến cứng.Kết cấu chặt vừa

Lớp 4a:Đất á sét lẫn dăm sạn tàn tích,tảng lăn,đá gốc cứng chắc.Đất ẩm,cứng,chặt khó đào.Tỷ lệ đất và tảng lăn 60/40

Lớp 5: Đá sét vôi màu xám xanh,cấu tạo phân lớp vừa.Đá phong hoá vừa đến phong hoá nhẹ,cứng chắc.Bề dày lớn không xác định

Lớp 5a: Đá Bazan màu xám nâu,nâu vàng.Đá phong hoá vừa ít cứng chắc đến cứng chắc trung bỡnh.Bề dày lớn không xác định

1.3.4 Đánh giá địa chất công trình

Ta thấy các lớp đất đá phân bố đồng đều, giữ được nước và có khả năng chịu lực tốt Thuận lợi cho việc xây dựng công trình

1.3.5 Các chỉ tiêu cơ lý của đất

Các chỉ tiêu cơ lý của đất, đá ở các lớp địa chất ở các tuyến công trình (bảng 1-1 )

Bảng 1-1 Chỉ tiêu cơ lý lực học của các lớp đất nền

Ký Đ.V.T Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bãi VL

Chỉ tiêu cơ lý hiệu

9 Góc nội ma sát  độ 17 0 59’ 17 0 25’ 16 0 39’

10 Lực dính kết C Kg/cm 2 0.266 0.248 0.328

11 Hệ số ép lún A cm 2 /kg 0.037 0.031 0.038

13 Mô đun biến dạng E 1-2 KG/Cm 2 119.02 143.88 107.44

14 Độ ẩm tối ưu Wop % 19.49

15 Dung trọng khô lớn nhất  T/m 3 1.76

16 Góc nội ma sát  độ 18 0 58’

18 Lực dính kết C Kg/cm 2 0.312

20 Hệ số ép lún A cm 2 /kg 0.033

22 Mô đun biến dạng E 1-2 KG/Cm 2 138.76

Vùng xây dựng hồ chứa nước Tây Nguyên có 2 phức hệ chứa nước chính gồm

1.4.1 Phức hệ chứa nước trong trầm tích bở rời đệ tứ

Nước chứa trong đất có nguồn gốc bồi tích, pha tích như á sét, sét, cát cuội sỏi, phân bố chủ yếu là dọc theo khe suối, dọc theo bãi bồi thềm khe Nước trong phức hệ này xuất lộ từ cao trình (+40,0m) đến cao trình (+45,0m), nguồn cung cấp chính là nước mưa ngấm từ trên xuống và miền thoát là dọc theo khe suối

1.4.2 Phức hệ chứa nước trong khe nứt đá gốc

Phức hệ chứa nước này phân bố trong vùng, chứa trong đá sét vôi, đá bazan xen kẹp nhau, có lưu lượng nghèo chỉ từ 0,501,20lít/phút Nước này được tàng trữ trong khe nứt đá gốc, và cũng có quan hệ mật thiết với nước mặt

Qua nghiên cứu nước dưới đất trong vùng không có tính ăn mòn Can xi, Ma giê, vì vậy nước không có tính ăn mòn bê tông, nên không có ảnh hưởng gì tới quá trình sửa chữa, nâng cấp công trình.

Điều kiện khí tượng

1.5.1 Tài liệu Để tính toán các đặc trưng thuỷ văn cho lưu vực nghiên cứu chúng tôi dựa vào số liệu đo đạc của các trạm thuỷ văn sau:

Trạm thuỷ văn Khe Lá (Flv = 27,8km 2 ) trên khe Thiềm có các tài liệu quan trắc H,

Q, X,  thời gian quan trắc từ năm 1963 đến nay

Trạm thuỷ văn Nghĩa Khánh cách lưu vực nghiên cứu khoảng 14 km về phía Tây đây là trạm cơ bản thuộc mạng lưới khí tượng thuỷ văn của Đài khí tượng thuỷ văn Bắc Trung Bộ có các yếu tố quan trắc H, Q, X,  thời gian quan trắc từ năm 1960 đến nay

1.5.2 Các đặc trưng khí tượng

+ Bốc hơi năm lớn nhất:1166 mm

+ Bốc hơi năm nhỏ nhất: 634 mm

+ Bốc hơi năm bình quân: 806 mm

Lượng bốc hơi được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 1-2 Lượng bốc hơi và tổn thất bốc hơi phân bố theo tháng Đại lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

+ Lượng mưa năm lớn nhất: 2,050mm

+ Lượng mưa bình quân nhiều năm: 1,708 mm

+ Lượng mưa năm nhỏ nhất: 575mm

Vùng Quỳnh Lưu cũng chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió màu, gió phân ra 2 mùa rõ rệt: Từ tháng 5 đến tháng 10 hướng gió chính là Đông Nam mang hơi nướctừ biển Đông, hướng thứ 2 là hướng Tây Nam mang khí hậu lục địa khô nóng, khó chịu (còn gọi là gió Lào) Từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau hướng gió chính là Đông Bắc, gió này gây hanh khô hoặc mưa phùn gió rét

Điều kiện thủy văn

Lưu vực hồ Tây Nguyên và hồ Khe Thung xã Nghĩa Thuận huyện có khoảng cách 3,5km, hai lưu vực trên nằm trong khu vực khí hậu giống nhau và có diện tích lưu vực gần bằng nhau

Trạm thủy văn Khe Lá thuộc lưu vực Khe Thềm có FLV = 27,8 (Km 2 )

Bảng 1-3 Đặc trưng dòng chảy Đặc trưng X 0 (mm) Y 0 (mm)  Q 0 (m 3 /s) W0(10 6 m 3 ) M0(l/s.km 2 )

Tổng lượng dòng chảy năm:Qnđh = 4,854 Tổng lượng dòng chảy mùa cạn:Qcạnđh = 1,178 Tổng lượng dòng chảy MGH:QMGHđh = 0,401 Tổng lượng dòng chảy mùa chuyển tiếp: QCTđh = 0,777 Tổng lượng dòng chảy mùa lũ:QLũđh = 3,676

Lượng nước đến trong từng tháng:

Bảng 1-4 Lượng nước đến trong từng tháng

Dòng chảy lũ chính vụ ứng với : tần suất lưu lượng lũ,mực nước lớn nhất thiết kế : P=1,5%.Và tần suất lưu lượng,mực nước kiểm tra: P=0,5%.TX=2T L

Theo đo đạc tại trạm thủy văn Khe Lá các năm từ 1975 đến 1980 độ đục bình quân tính toán được là:  = 131 g/m 3

1.6.6 Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu

Bảng 1-6 Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu

1.6.7 Quan hệ đặc trưng hồ chứa

Bảng 1-7 Quan hệ đặc trưng hồ chứa

Vật liệu xây dựng

Để có vật liệu đất dắp đập với khối lượng yêu cầu khoảng 45.000m 3 , tại vị trí công trình xung quanh khu vực hồ và vùng lân cận không có bãi lấy đất, chúng tôi đã tiến hành khảo sát đánh giá bãi lấy đất ở vùng Đồng Chùa, cách tuyến đập chừng 2.000m (2,0 km)

Bãi vật liệu Đồng Chùa

- Khối lượng khai thác : 66.000 m 3 Qua thí nghiệm đất trong bãi thuộc loại đất á sét nặng lẫn dăm sạn màu xám nâu, nâu sẫm, nâu đỏ Trạng thái đất ẩm, nửa cứng, kết cấu chặt vừa

Tổng hợp chất lượng đất của bãi sau khi đầm nện tiêu chuẩn (proctor), cho ta các chỉ tiêu cơ lý, lực học, điều kiện chế bị để sử dụng bãi này.

TÌNH HÌNH DÂN SINH, KINH TẾ

Tình hình kinh tế

Kinh tế xã phụ thuộc hoàn toàn vào nông nghiệp

Diện tích đất sản xuất nông nghiệp là 1097 ha nhưng chỉ có 462 ha đất trồng lúa.Các công trình thủy lợi mới tưới ổn định được 355 ha,số diện tích còn lại là nhờ trời

Diện tích đất nông nghiệp chiếm khoảng 28,4%, đất trồng được hai vụ lúa còn quá ít chiếm 12%,còn lại là rừng đồi.Vùng này chủ yếu trồng lúa hai vụ: vụ đông xuân và vụ hè Diện tích đất chưa được khai thác hết để phục vụ cho phát triển nông nghiệp , trồng trọt bởi nguyên nhân chính là thiếu công trình thủy lợi , thiên tai thường xuyên

Diện tích đất lâm nghiệp chiếm khoảng 1654 ha

Trước đây rừng đầu nguồn bị chặt phá nghiêm trọng, nhưng hiện nay rừng trồng đang dần được khôi phục với các loại cây keo,bạch đàn và một số đồi đang được khoanh nuôi theo hiện trạng thực vật tự nhiên

Trong xã có đường nguyên liệu mía,dứa chạy từ thị tứ Tuần vào,đi qua nên rất thuận tiện cho việc vận chuyển vật liệu.Ngoài ra hệ thống đường liên xã rộng hơn 4.0m tuy đang là đường đất cấp phối nhưng có đủ điều kiện cho các loại xe vận tải nhỏ vận chuyển vật liệu để xây dựng công trình.

Hiện trạng thủy lợi

Nằm trong vùng có lượng mưa trung bình nhiều năm 1700mm, tập trung nước từ hai khe chính Khe Con và Khe Cái , nhiều đồi núi tạo thành thung lũng nhỏ,các khe hình thành dòng chảy khi mưa lớn

Do điều kiện tự nhiên khu vực hồ Tây Nguyên tương đối giống hồ Vực Mấu (Quỳnh Thắng) ta có thể sử dụng kết quả tính toán thủy nông của hồ này cho Hồ Tây Nguyên

Bảng 2-1 Mức tưới cho 1ha lúa

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX Đông Xuân 1260 1140 1100 1900 600

Bảng 2-2 Mức tưới cho 1ha màu

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX Đông Xuân 180 510 910 200

2.3.3 Hiện trạng khu vực xây dựng công trình

Xã Quỳnh Thắng có 462 ha đất trồng lúa hàng năm,chủ yếu được tưới bằng nguồn nước của 18 hồ đập Riêng với dự án hồ chứa nước Tây Nguyên chủ yếu tưới cho khoảng 90ha đất trồng lúa hai vụ (Đông xuân và Hè thu) của HTX Đồng Tâm

Khu vực lũng hồ cú địa chất tốt,không bị thấm và mất nước,vùng lưu vực lũng hồ cú một số điểm sạt lở cục bộ,ảnh hưởng đến bồi lắng lũng hồ,khụng bị ô nhiễm, mùa khô nước vẫn bổ sung từ hai nhánh khe là Khe Con và Khe Cái,khu vực lũng hồ Tổng diện tích lúa của khu tưới khoảng 90ha,do nguồn nước tưới cung cấp chưa đảm bảo nên những vùng cuối khu vực thường xuyên bị hạn

Như vậy hồ chứa Tây Nguyên là một công trình rất quan trọng và cần thiết đối với đời sống nhân dân của xã miền núi Quỳnh Thắng.

PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH

Định hướng chung

Nghị quyết của huyện Đảng bộ huyện Quỳnh Lưu khóa XV đã đề ra là tăng cường phát triển kinh tế về mọi mặt,trong đó chú trọng ổn định và phát triển nông nghiệp mà trọng tâm là phát triển cây lúa.Quỳnh Thắng là xã miền núi của huyện,mục tiêu phát triển nông nghiệp của các xã trong những năm tới là mở rộng và ổn định số diện tích lúa nước hiện có,thâm canh áp dụng tiến bộ kỹ thuật để đưa năng suất lên 5,5 tấn/ha.Để đạt được mục tiêu đó cần phải ổn định nguồn nước tưới cho số diện tích lúa hiện có trong vùng.

Phương hướng phát triển

Tăng diện tích sản xuất lúa hai vụ của toàn xã và tưới cho số diện tích thiết kế của công trình một cách ổn định,phát triển sản xuất nông nghiệp nhăm đảm bảo ổn định tự túc lương thực trong vùng,đồng thời chuyển đổi tập quán canh tác theo hướng sản xuất hàng hóa tăng thu nhập cho người dân

3.2.2 Công nghiệp Đẩy mạnh phát triển các ngành công nghiệp, trồng rừng phủ xanh đồi trọc Xây dựng các nhà máy tại địa phương, tạo công việc cho người dân trong vùng

Kết hợp hồ chứa với ngành du lịch, sinh thái Đồng thời xây dựng thêm bệnh viện, trạm xá phục vụ người dân.Cung cấp đủ nước sinh hoạt ,nước phục vụ sản xuất.

Nhiệm vụ công trình

Đảm bảo an toàn hồ chứa trong mùa mưa lũ,đảm bảo cấp nước tưới cho 120ha diện tích đất canh tác (90ha lúa hai vụ và 30ha màu) của xã Quỳnh Thắng đồng thời cải thiện môi trường sinh thái trong vùng

Lượng nước yêu cầu tại đầu mối như sau:

Bảng 3-1 Lượng nước yêu cầu trong từng tháng

3.3.2 Cao trình tưới tự chảy đầu kênh

Theo tài liệu thủy nông ta có: Cao trình tưới tự chảy đầu kênh là TTC = 38,5 m

Giải pháp thủy lợi

Để đảm bảo cung cấp ổn định nhu cầu nước sản xuất và sinh hoạt cho xã Quỳnh Thắng thuộc huyện Quỳnh Lưu.Xã cần xây dựng thêm công trình thủy lợi như:

3.4.1 Phương án xây dựng trạm bơm

Tiết kiệm , thi công đơn giản, nhanh đi vào sử dụng Tránh được khả năng gây ngập úng hoặc biến đổi môi trường

Không lợi dụng nguồn nước để nuôi trồng thuỷ sản

Về mùa lũ , không điều tiết được dòng chảy

Không đảm bảo chủ động nguồn nước

Vậy phương án xây dựng trạm bơm ít tính khả thi, và việc xây dựng trạm bơm không đáp ứng được yêu cầu về nhiệm vụ tưới

3.4.2 Phương án xây dựng đập dâng

Kết cấu đơn giản, khối lượng tính toán ít, thi công nhanh

Các hạng mục công trình phụ trợ đầu mối ít đơn giản, kinh phí xây dựng ít

Quản lý và vận hành công trình đơn giản

Diện tích ngập úng vùng thượng nguồn không lớn Không ảnh hưởng đến tình hình dân sinh kinh tế trong vùng

Về mùa mưa lượng nước thừa xã, mùa khô không đủ điều tiết nước phục vụ cho sản xuất và cấp nước sinh hoạt

Dung tích chứa trong hồ ít, không đảm bảo điều tiết những tháng mùa khô

Việc xây dựng đập dâng đối với vùng này do đặc thù khí tượng thuỷ văn phân 2 mùa rõ rệt, không đáp ứng được nhiệm vụ yêu cầu trong vùng đặt ra nên việc xây đập dâng thuần túy là không có khả năng đáp ứng nổi một khối lượng như thế nên ta cần cân nhắc và đề ra phương án khác khả thi hơn

+ Chủ động điều tiết được lưu lượng cấp nước theo yêu cầu

+ Đảm bảo khống chế tưới tự chảy cho vùng công trình đảm nhiệm

+ Cải tạo môi sinh, môi trường trong vùng

+ Có thể phát triển du lịch Lợi dụng lòng hồ để phát triển nuôi trồng thuỷ sản +Trữ nước lại trong hồ, điều tiết lũ làm giảm ngập úng vùng hạ lưu trong mùa mưa lũ

+ Gây ngập úng vùng thượng lưu, làm ảnh hưởng đến tình hình dân sinh kinh tế + Khối lượng xây dựng công trình lớn, giá thành xây dựng cao

+ Các hạng mục công trình xây dựng phải đồng bộ, đầu tư xây dựng một lần như đập, tràn, cống… nên nguồn vốn đàu tư xây dựng cao

+ Thời gian thi công công trình kéo dài, chậm đưa công trình vào khai thác sử dụng

Khi xem xét kĩ các phương án trên ta đi đến quyết định chọn lựa phương án xây dựng hồ chứa là hoàn toàn phù hợp có khả năng đáp ứng nhiệm vụ đã được đưa ra trên cở sở vùng hoàn toàn có đủ điều kiện về địa chất, vật liệu… để có thể xây dựng công trình.

Các phương án công trình

3.5.1.1 Nguyên tắc chung về lựa chọn tuyến xây dựng

- Tổ chức thi công thuận lợi, vận chuyển dễ dàng

- Không gây ảnh hưởng tiêu cực lớn tới môi trường

- Thuận lợi cho bố trí từng hạng mục công trình và bố trí tổng thể

- Điều kiện địa chất tốt, địa hình thuận lợi

- Diện tích khu hưởng lợi lớn, diện tích ngập lụt nhỏ

3.5.1.2 Các phương án tuyến đầu mối công trình

Tuyến đầu mối phải được đặt ở nơi tập trung nhiều nước, thuận tiện thi công, địa chất tốt Vì vậy có 2 phương án được đưa ra:

Tuyến 1: Cắt ngang qua khu vực hai khe Cái và Khe Con gặp nhau qua ba điểm,điểm một trên tuyến tràn,khu vực cách đều hai bờ,điểm ba tim tuyến cống Ưu điểm : Nền địa chất tương đối ổn định

Nhược điểm: Khó khăn cho việc vận chuyển vật liệu và thi công

Tuyến 2: Nằm song song với tuyến 1 khảo sát về phía hạ lưu Ưu điểm: Có lớp nền địa chất ổn định hơn so với tuyến 1, thi công thuận lợi hơn so với tuyến 1

Kết luận phương án: Do tuyến 2 có nền địa chất ổn định hơn tuyến 1, đồng thời lại thuận lợi cho việc thi công, an toàn cho việc sử dụng lâu dài nên ta chọn tuyến 2

3.5.2 Bố trí tổng thể công trình đầu mối

3.5.2.1 Các hạng mục của công trình đầu mối Đập đập dâng tạo thành hồ

Công trình tràn xả lũ

Hệ thống kênh : Gồm kênh chính và các kênh dưới cấp, công trình trên kênh bao gồm các cống lấy nước, cống tiêu

Phương án 1:Tuyến đập cắt ngang dòng chảy nơi hợp nước giữa hai khe về phía hạ lưu Đặt tràn ở vị trí vai phải đập,sau tràn có dốc thụt nối với lòng khe cạn : Bố trí cống và tràn xả lũ cùng một bên bờ đập Ưu điểm: Các lớp đất đá dọc tuyến đập phân bố đều, kết cấu chặt, khả năng chịu lực tốt, giữ nước

Nhược điểm: Nếu bố trí cống và tràn cùng một bên bờ đập thì không được khả thi vì khi xả lũ cống có thể bị trôi hoặc mất ổn định

Phương án 2: Tuyến đập song song với tuyến 1 khảo sát về phía hạ lưu Tràn bố trí phía vai trái Cống bố trí phía vai phải đập Ưu điểm: Các lớp đất đá dọc tuyến phân bố đều , kết cấu chặt, khả năng chịu lực tốt, giữ nước, ổn định hơn so với tuyến 1 Hơn nữa tràn và cống bố trí hai bên vai đập để đảm bảo ổn định chung cho các hạng mục công trình đầu mối, thuận tiện cho việc thi công tràn và cống không ảnh hưởng đến nhau

3.5.3 Kết luận phương án Để đảm bảo cho sự ổn định của công trình, thi công thuận lợi , ta chọn phương án bố trí tối ưu nhất như sau:

Tuyến đập cắt ngang dòng chảy nơi hợp nước giữa hai khe về phía hạ lưu

Tràn xả lũ đặt bên vai trái đập

Cống lấy nước nằm ở bên phải đập

3.5.4 Hình thức kết cấu công trình

3.5.4.1 Kết cấu đập đầu mối

Phương án 1: Đập đất đồng chất,có lăng trụ thoát nước,chân khay chống thấm cho nền.Trên đỉnh đập làm tường chắn sóng cao 1m

Phương án 2: Đập làm bằng hỗn hợp bê tông,bê tông cốt thép

Do đặc điểm về địa hình và địa chất của khu vực nghiên cứu,thuận tiện cho thi công,tận dụng được tối đa điều kiện bãi vật liệu và nguồn nguyên vật liệu,tạo điều kiện cho vận chuyển chọn đập thiết kế theo phương án 1

3.5.4.2 Kết cấu cống trình tháo lũ

Làm nhiệm vụ tháo lũ, ta đưa ra 2 phương án thiết kế như sau:

Phương án 1: Tràn thực dụng, sau tràn là dốc nước, tiêu năng bằng mũi hắt

Phương án 2:Tràn đỉnh rộng, chảy tự do , ,bố trí bể tiêu năng và kênh dẫn hạ lưu để đảm bảo an toàn lâu dài khi tháo lưu lượng lũ thiết kế và kiểm tra

Kết luận phương án: Đối với công trình hồ chứa nước Tây Nguyên ta thấy ngoài nhiệm vụ đảm bảo ổn định nhu cầu tưới tiêu,chỉ có yêu cầu phòng lũ mà không có yêu cầu nào khác như phát điện.Mặt khác dựa vào điều kiện địa hình,địa chất và phương án chọn loại đập,cũng như nhìn nhận đánh giá lựa chọn phương án phù hợp nhất là phương án 2

3.5.4.3 Kết cấu cống lấy nước

Dựa vào điều kiện thi công, điều kiện nền và điều kiện kinh tế , dùng dẫn nước phục vụ khu tưới,đưa ra hai phương án:

Phương án 1:Cống có áp, mặt cắt tròn bằng ống thép,có tháp van điều tiết

Phương án 2: Cống không áp,mặt cắt hình chữ nhật bằng bê tông cốt thép,có tháp van điều tiết lưu lượng,có lưới chắn rác

Do nền công trình không phải nền đá,lớp đất đá phân bố đều có khả năng chịu lực tốt,so sánh 2 phương án ta thấy phương án 1 phức tạp, giá thành cao hơn.Do vậy chọn phương án 2 để thiết kế

Việc chọn vật liệu phải dựa vào đặc điểm làm việc,cấu tạo của các bộ phận,điều kiện tại chỗ và tính chất quan trọng của công trình…phải qua so sánh kinh tế kĩ thuật để chọn được loại vật liệu phù hợp nhất và kinh tế nhất

3.5.5.1 Vật liệu thiết kế đập Đập đất đồng chất,ở bãi vật liệu sẵn có và trữ lượng tương đối lớn,vật liệu đất đắp thuộc loại đất á sét nặng lẫn dăm sạn màu xám nâu,nâu sẫm,nâu đỏ,trạng thái đất ẩm,nửa cứng,kết cấu chặt vừa,tận dụng được vật liệu tại chỗ,tiết kiệm được thời gian vận chuyển và kinh phí xây dựng công trình.từ phân tích bảng chỉ tiêu cơ lí của bãi vật liệu ta thấy hệ số thấm của vật liệu tương đối nhỏ

3.5.5.2 Vật liệu thiết kế tràn

+ Thân tràn làm bằng đá xây,ngoài bọc bêtông cốt thép,tường bên bê tông

+ Cửa vào để đất tự nhiên,tường cánh bằng bê tông

+ Bể tiêu năng :Đáy bể bằng bê tông cốt thép,tường biên bằng bêtông

+ Kênh dẫn hạ lưu làm bằng bêtông

3.5.5.3 Vật liệu thiết kế cống

Cống làm bằng bêtông cốt thép

Phương án 1: Cao trình ngưỡng tràn thấp hơn cao trình MNDBT dùng cho đường tràn có cửa van khống chế

Phương án 2: Cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT dùng cho đường tràn không có cửa van

Dựa vào phương án chọn hình thức kết cấu công trình tháo lũ,dựa vào nhiệm vụ của công trình đầu mối ta thấy đây là hệ thống công trình nhỏ,tổn thất ngập lụt không lớn nên ta chọn phương án 2 Cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT

Khẩu diện tràn cần đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật Khẩu diện tràn nhỏ thì lưu lượng đơn vị lớn, tiêu năng hạ lưu phức tạp và mặt tràn dễ bị xâm thực nhưng lại có khối lượng cửa van và thiết bị nhỏ Vì vậy khi xét Btr cần xem xét yêu cầu phòng lũ và điều kiện địa chất lòng sông, cũng như đảm bảo tính kinh tế của toàn thể công trình

Bề rộng tràn sơ bộ chọn một số phương án:

Do lưu lượng xả lớn, và vẫn phải đảm bảo điều kiện kinh tế do đó sơ bộ ta chọn PA3: B 1 = 25 m; B 2 = 30 m; B 3 = 35 m để tính toán.

Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

3.6.1 Xác định cấp công trình

Ta xác định cấp của công trình thông qua hai điều kiện chủ yếu:

Theo nhiệm vụ công trình: Công trình đảm bảo cấp nước ổn định cho 120 ha(8-15)m cấp công trình là cấp III

Từ hai điều kiện trên ta chọn cấp công trình là cấp III

3.6.2 Các chỉ tiêu thiết kế

Các chỉ tiêu thiết kế được xác định theo QCVN04-05 ( bảng 4-trang 16) đối với công trình cấp III các chỉ tiêu thiết kế gồm:

Tần suất lũ thiết kế: P=1,5%

Tần suất lũ kiểm tra: P=0,5%

Tần suất tưới bảo đảm: Pu%

Tần suất lưu lượng lớn nhất để thiết kế chặn dòng: P%

Tra B2-Trang 44 TCVN04-05 Ta có:

Hệ số tin cậy và hệ số điều kiện làm việc: Kn=1,15; m=1,0

Hệ số an toàn ổn định cho phép của đập đất (Bảng P1-7 cuốn đồ án môn học Thủy công ):

+ Tổ hợp tải trọng cơ bản: K =1,15

+ Tổ hợp tải trọng đặc biệt : K =1,05 Độ vượt cao an toàn ( Tra TCVN 8216-2009 bảng 2- trang 20):

Mức đảm bảo khi xác định sóng leo: P=1%

Lưu vực hồ chứa Flv= 6,9 km 2

Hệ số tưới thiết kế q=1,35 l/s/ha

XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC CHẾT MỰC NƯỚC DÂNG BÌNH THƯỜNG

Tính toán mực nước chết của hồ

4.1.1 Khái niệm về mực nước chết và dung tích chết

Dung tích chết Vc là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy Đó là phần dung tích nằm ở phần cuối cùng của hồ chứa

Mực nước chết là mực nước tương ứng với dung tích chết Mực nước chết và dung tích chết có quan hệ với nhau qua đường đặc trưng địa hình hồ chứa Z~V

4.1.2 Nguyên tắc lựa chọn MNC

Mực nước chết và dung tích chết lựa chọn thoả mãn các điều kiện sau:

Phải chứa được hết phần bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong suốt thời gian hoạt động của công trình:V C V bt T

Trong đó: Vbc – Thể tích bồi lắng hàng năm của bùn cát.T là tuổi thọ công trình Đối với hồ chứa có nhiệm vụ tưới tự chảy, mực nước chết không được nhỏ hơn cao trình mực nước tối thiểu để có thể đảm bảo tưới tự chảy.H C Z c Z r   z a Đối với nhà máy thuỷ điện, MNC và dung tích chết phải được lựa chọn sao cho hoặc là công suất bảo đảm của nhà máy là lớn nhất hoặc là đảm bảo cột nước tối thiểu cho việc phát điện Đối với giao thông thuỷ ở thượng lưu, MNC là mực nước tối thiểu cho phép tàu bè đi lại bình thường Đối với thuỷ sản, MNC và dung tích chết phải đảm bảo dung tích cần thiết cho chăn nuôi cá và các thuỷ sản khác

Ngoài ra còn phải xét đến yêu cầu về du lịch và bảo vệ môi trường Trong trường hợp có nhiều yêu cầu cần phải đáp ứng thì việc lựa chọn mực nước chết và dung tích chết phải thông qua phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn cho hợp lý

- Theo nguyên tắc lắng đọng bùn cát, cao trình mực nước chết được xác định theo công thức: MNC = Zbc + h + a

Trong đó : a : Độ vượt cao an toàn đáy cống trên cao trình bùn cát, lấy a = 0,5 (m) h : Cột nước đầu cống khi tháo lưu lượng thiết kế, chọn h = 1 (m)

Hình 4-1 Sơ đồ xác định mực nước chết

4.1.3.1 Xác định theo điều kiện bùn cát lắng đọng

Bùn cát lắng đọng trong hồ chứa gồm có bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy

V lđ - thể tích bùn cát lắng đọng trong hồ chứa

Vll - thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng trong hồ chứa

V dđ - thể tích bùn cát di đẩy a Xác định thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng trong hồ chứa

Dung tích bùn cát lơ lửng lắng đọng tính theo công thức sau:

T - tuổi thọ của công trình (theo TCVN04-05 công trình cấp III lấy T = 50 năm) k - hệ số lắng đọng bùn cát (k = 0,8)

bc - khối lượng riêng của bùn cát (bc = 0,8 T/m 3 = 0,8.103 kg/m 3 )

0 - mật độ bùn cát lơ lửng (0 = 0,131 kg/m 3 )

Q 0 - lưu lượng bình quân nhiều năm (Q 0 = 0,17m 3 /s) b Xác định thể tích bùn cát di đẩy

Bùn cát di đẩy theo kinh nghiệm lấy bằng 20% trọng lượng bùn cát lơ lửng hoặc bằng 10% dung tích bùn cát lơ lửng Vậy ta có:

V dđ = 35115,336.10% = 3511,5336 (m 3 ) c Thể tích bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong thời gian hoạt động của công trình

Với V = 38,627.10 3 3 ) tra trên đường đặc tính hồ chứa Tây Nguyên ta được: a h

4.1.3.2 Xác định theo điều kiện khống chế tưới tự chảy

Mực nước chết theo điều kiện khống chế tưới tự chảy phải thoả mãn điều kiện sau:

Trong đó: Zđk - mực nước khống chế đầu kênh tưới thoả mãn yêu cầu khống chế tưới tự chảy Zđk = 38 m

H tt - tổng tổn thất tính từ đầu kênh tưới đến cửa vào của cống lấy nước(bao gồm tất cả tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường) lấy Htt = 1,0m Vậy:

Từ 2 điều kiện trên, chọn MNC ở ZMNC = 39 m

Với ZMNC = 39m , tra biểu đồ quan hệ W ~Z được dung tích chết Vc=0,475.10 6 (m 3 )

Với MNC9 m tra quan hệ Z~F~V ta được Vc = 356,562.10 3 m 3

Vậy dung tích mực nước chết của hồ chứa phải thỏa mãn Vc = 356,562.10 3 m 3

Xác định MNDBT và dung tích hồ

MNDBT là thông số chủ chốt của công trình Đây là mực nước trữ cao nhất trong hồ ứng với các điều kiện thủy văn và chế độ làm việc bình thường

Dung tích hiệu dụng (Vh) là phần dung tích được giới hạn bởi MNDBT và MNC Đây là phần dung tích cơ bản làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy

4.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến MNDBT

MNDBT có tính chất quyết định, nó ảnh hưởng đến quy mô công trình, đến cột nước, lưu lượng Về mặt công trình nó quyết định đến chiều cao đập, kích thước các công trình xả lũ Về mặt kinh tế, nó ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích ngập lụt ở thượng lưu và các tổn thất do ngập nước Vì vậy phải thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật để chọn ra MNDBT Khi xem xét MNDBT cần chú ý một số yếu tố ảnh hưởng sau đây:

- MNDBT càng cao thì khả năng cung cấp nước càng lớn nhưng quy mô công trình cũng càng lớn và diện tích ngập lụt thượng lưu càng lớn và thiệt hại càng nhiều, các vấn đề như đền bù, di dân tái định cư càng phức tạp

- Trong một số trường hợp do tình hình địa hình, địa chất và các vấn đề khác về nền móng khống chế chiều cao đập và do đó khống chế MNDBT

- Ở một số vùng khí hậu nóng, nếu MNDBT càng lớn thì diện tích mặt thoáng càng lớn, do đó tổn thất bốc hơi càng lớn

4.2.3 Xác định hình thức điều tiết hồ

Theo tài liệu thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và nhu cầu dùng nước trong năm ta thấy:

W đến >Wdùng , do đó trong một năm lượng nước đến luôn đáp ứng đủ lượng nước dùng.Vậy đối với hồ chứa Tây Nguyên ta tiến hành điều tiết năm

Khi tính toán điều tiết năm thường sử dụng năm thủy lợi để tính, tức là đầu năm mực nước trong hồ là MNC, đến cuối mùa lũ mực nước trong hồ là MNDBT và cuối năm nước trong hồ trở về MNC

4.2.4 Tính toán điều tiết theo phương pháp lập bảng

Trong đồ án này , em xác định MNDBT theo phương pháp lập bảng.Nguyên lý tính toán điều tiết là sự kết hợp giữa việc giải phương trình cân bằng nước cùng với các quan hệ phụ trợ của đặc trưng địa hình hồ chứa Z ~ V, Z~ F Dung tích hiệu dụng được xác định dựa trên cơ sở so sánh lượng nước thừa liên tục và lượng nước thiếu liên lục trong thời kỳ một năm

Phương trình cân bằng nước: [ Q(t) - q(t)].dt= dV

Trong đó : Q(t) là lưu lượng nước bình quân chảy vào hồ trong thời gian dt q(t) là lưu lượng nước bình quân ra khỏi hồ trong thời gian dt dV chênh lệch dung tích hồ trong khoảng thời gian dt

4.2.4.1 Xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa chưa kể tổn thất

Lập bảng tính toán sau:

Cột (1): Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn

Cột (2): Lưu lượng dòng chảy đến: WQ (bảng 1-4 )

Cột (3): Tổng lượng nước dùng: Wq ( bảng 3-2 )

Cột (4), (5): Lượng nước thừa, thiếu: (4) = (2) – (3) khi WQ > Wq

Cột (6): Lượng nước tích trong kho chưa kể dung tích chết

Bảng 4-1 Phương án trữ sớm ,điều tiết 2 lần không độc lập (chưa kể tổn thất)

Ta thấy: Hồ chứa điều tiết hai lần không độc lập, là trường hợp mà lượng nước thừa của một trong hai thời kỳ thừa nước nhỏ hơn lượng nước thiếu của thời kỳ thiếu nước kế tiếp nó Tức là:

Khi đó dung tích hiệu dụng của hồ là:

So sánh: Vh c0,5 10 3  V m  ax  368.10 3 Nên Vh = 630,5 10 3 m 3

4.2.4.2 Xác định dung tích hiệu dụng kể tổn thất theo phương án trữ sớm

Lập bảng tính dung tích hiệu dụng của hồ có kể tổn thất trong đó:

Cột (2): là cột (6) của bảng (4-1) cộng thêm với Vc, vậy Wi là dung tích của kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán ∆t Khi kho bắt đầu tích nước Giả thiết trước đó kho nước tháo cạn đến Hc

Cột (3): Wtb là dung tích bình quân trong hồ chứa nước

Tháng WQ Wq ∆V Tổng lượng Xả thừa

Cột (4): Fh diện tích mặt hồ tương ứng với Wtb (tra từ quan hệ theo Bảng 1-7 ) Cột (5): ∆Zi cho ở Bảng 1-2

Cột (6) : Wbh là lượng tổn thất do bốc hơi.Wbh = z  i F hi

Cột (7): Wt là lượng tổn thất do thấm: Wti = K W i

K: Là tiêu chuẩn thấm trong kho nước, Điều kiện lòng hồ tốt nên lấy K = 1% Cột (8): Là lượng tổn thất tổng cộng: (8) = (6) + (7)

Côt (9) : Tổng lượng nước đến

Cột (10) : Lượng nước yêu cầu = Wtti + W qi

Bảng 4-2 Bảng tính toán điều tiết có kể tổn thất theo phương án trữ sớm ( bảng tính lần 2)

Tháng Vthực Vtb Fh ∆Zi Wbh Wt Wtt WQ Wq ∆V Tổng lượng Xả thừa

Kiểm tra sai số giữa hai lần tính toán 1 và 2 ta có:

Cần tính toán lại Lập bảng điều tiết lần 3

Bảng 4-3 Bảng tính toán điều tiết có kể tổn thất theo phương án trữ sớm ( bảng tính lần 3)

Tháng Vthực Vtb Fh ∆Zi Wbh Wt Wtt WQ Wq ∆V Tổng lượng Xả thừa

Kiểm tra sai số giữa hai lần tính toán 2 và 3 ta có:

Nên không cần tính toán lại

+ Dung tích kho chứa: Vk = Vhi + Vc = (698,41+ 356,562).10 3 = 1054,97 10 3 m 3

Tra quan hệ Z~F~V được cao trình MNDBT = 42, 11 m.

ĐIỀU TIẾT LŨ

Mục đích, nhiệm vụ và ý nghĩa của việc tính toán điều tiết lũ

Thông qua tính toán điều tiết lũ để tìm ra dung tích phòng lũ cần thiết của kho nước, đường quá trình xả lũ xuống hạ lưu công trình, tìm ra lưu lượng xả lớn nhất, cột nước tràn lớn nhất, từ đó định ra quy mô, kích thước tràn xả lũ và các phương thức vận hành kho nước để xác định kích thước các công trình tiêu năng và kênh tháo

Nhiệm vụ cơ bản của điều tiết lũ là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng lũ nhằm đáp ứng các yêu cầu phòng chống lũ cho các công trình ven sông và khu vực hạ lưu công trình

Trong hệ thống đầu mối công trình thủy lợi, công trình tràn giữ một vị trí quan trọng Kích thước của công trình tràn có ảnh hưởng trực tiếp đến quy mô và kích thước của công trình khác trong hệ thống công trình đầu mối và mức độ ngập lụt ở hạ lưu công trình Để đảm bảo điều kiện và kỹ thuật của toàn bộ hệ thống, ta phải tính toán và điều tiết lũ với nhiều phương án Btr khác nhau nhằm tìm ra được phương án Btr sao cho công trình được xây dựng an toàn và kinh tế.

Hình thức tràn xả lũ

Điều tiết không có cửa van cao trình ngưỡng tràn = MNDBT B,11 m Đường tràn là tràn đỉnh rộng chảy tự do

Hệ số lưu lượng: m=0,35 (Theo quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn)

Tính toán với 3 trường hợp:

Điều tiết lũ

5.3.1 Phương pháp điều tiết lũ

Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán điều tiết lũ:

- Phương pháp đơn giản Kotrêrin

Trong đồ án tiến hành tính toán điều tiết lũ theo phương pháp potapôp Phương pháp này ứng dụng cho công trình xả lũ không có cửa đóng mở,chảy tràn tự do

5.3.2 Nội dung của phương pháp potatôp

 Nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là sự kết hợp giữa việc giải hai phương trình sau và các biểu đồ quan hệ phụ trợ

Phương trình cân bằng nước: 2 2 1 1

Trong đó: Zt: Mực nước thượng lưu công trình xả lũ

Zh: mực nước hạ lưu ( không ảnh hưởng đến lưu lượng lũ xả qua công trình nên có thể bỏ qua)

C: Tham số hình thức, quy mô công trình

Quá trình điều tiết lũ được tiến hành trong bảng tính ở phụ lục 5

Xây dựng đường quan hệ phụ trợ f1, f 2 :

-Chọn thời đoạn tính toán  t = 1800 (s)

- Cột (2): Giả định mực nước trong hồ chứa (Z).Bắt đầu từ Z= Z ngưỡng

- Cột (3): Cột nước trên ngưỡng tràn: Htr = Z - Z ngưỡng (m)

- Cột (4): Dung tích kho chứa (ứng với Z ở cột 2)

- Cột (5): Dung tích siêu cao: Dung tích từ ngưỡng tràn đến mực nước đang xét

- Cột (7): Lưu lượng tràn theo công thức tràn chảy tự dọ : q  mB t 2 g Htr 3 2 (m 3 /s)

- Cột (8),(9): Các giá trị tương ứng của đường phụ trợ 1 V sc 0,5 f q

 Tính toán điều tiết lũ:

-Với mọi thời điểm ta tính Q =(Q 1 +Q 2 )/2

-Tại thời điểm ban đầu, chưa có lưu lượng xả nên q 0 = 0 tra biểu đồ quan hệ q~ f1 ta được f1 = 0

-Tính f2 = Q +f1 Từ f2 tra biểu đồ được q2, đó chính là lưu lượng xả lũ mỗi thời đoạn Tiếp tục tính với thời đoạn sau với q2 của thời đoạn trước làm q1 của thời đoạn sau: q i2 = q 1 (i+1) Lặp lại các bước tính toán cho các thời điểm sau

Từ qua trình lũ đến Q~t và quá trình xả lũ q~t ta xác định được mực nước lớn nhất trong hồ chứa ứng với Btr

Hình 5-1 Biểu đồ quan hệ Q~t và q~t

Cách tính bảng điều tiết lũ:

2.Gía trị lưu lượng đến Ql

3.Giá trị lưu lượng trung bình Q =(Q 1 +Q 2 )/2

4 Giá trị lưu lượng xả lũ đầu thời đoạn q ( Nội suy từ quan hệ Z~ V )

9 Gía trị Vhồ nội suy từ quan hệ Q~Z tr

Qúa trình tính toán chi tiết được thể hiện ở phụ lục 1-1

Ta có bảng tổng hợp sau:

Bảng 5-1 Kết quả tính toán điều tiết với tần suất lũ thiết kế

Bảng 5-2 Kết quả tính toán điều tiết với tần suất lũ kiểm tra

THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH

Đặt vấn đề

Công trình đầu mối hồ chứa nước gồm nhiều hạng mục được xây dựng tập trung tại một khu vực nhằm giải quyết những nhiệm vụ chủ yếu đặt ra cho hồ chứa

Các hạng mục bao gồm:

Công trình dâng nước (đập dâng nước)

Công trình tháo lũ (tràn xả lũ)

Công trình lấy nước (cống lấy nước)

Trong 3 hạng mục chính ở đầu mối thì cống lấy nước thường có khối lượng nhỏ và ít thay đổi trong các phương án Do vậy khi thiết kế sơ bộ thường chỉ xét 2 hạng mục là đập dâng nước và tràn xả lũ

Do thời gian có hạn, trong phạm vi đồ án này chỉ tiến hành thiết kế sơ bộ đập đất và tràn xả lũ với 3 phương án Btr% m, B tr 0m, B tr 5 m.

Thiết kế đập

6.2.1 Chọn tuyến đập, loại đập

- Tuyến đập được thể hiện trên bản đồ bố trí tổng thể khu đầu mối

- Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng Theo phương án ta chọn: Đập đất đồng chất, mặt cắt ngang có dạng hình thang

Hình 6-1 Mặt cắt ngang đập dd m 2 m 1 MNDBT m ' m

6.2.3 Các kích thước cơ bản của đập

6.2.3.1 Cao trình đỉnh đập Zđđ

Cao trình đỉnh đập chọn theo giá trị nào lớn nhất trong các kết quả tính sau

Trong đó: Δh, Δh’: Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất (ứng với V2%) và gió bình quân lớn nhất (ứng với V 25%) h sl , h sl ’ 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’’ là độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT, MNLTK, MNLKT

Xác định Δh và hsl ứng với gió lớn nhất V:

- Xác định Δh theo công thức

Trong đó V: vận tốc gió tính toán lớn nhất

D: đà sóng ứng với MNDBT (xác định trên bình đồ ) αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, lấy trường hợp bất lợi nhất là hướng gió vuông góc với trục đập αs = 0

H: chiều sâu nước trước đập (m)

- Xác định chiều cao sóng leo hsl

Theo QPTL C1 – 78, chiều cao sóng leo mức bảo đảm 1% xác định như sau: hsl1% = K1.K2.K3.K4.Kα.h1% (m)

Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H  0 , 5  Với hồ chứa lấy t 6h

Từ (1) và (2) ta có, chọn cặp min→ v g h h g v 2

Kiểm tra lại sóng nước sâu H  0,5  và Tính h s 1%  K 1% h

K1% : lấy theo đồ thị hình 3 - 5 (tr 64 – GTTC tập I) ứng với đại lượng gD 2

K1, K2: tra bảng 3 – 1 (tr 63 – GT Thủy Công tập I), phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái Gia cố mái thượng lưu bằng đá xây ( /h1% ) K3 : tra bảng 3 – 2 ( tr 63 – GT Thủy Công tập I), phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái

K4 phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

 Tra đồ thị hình 3 – 8 (tr 66 giáo trình

Xác định Δh, Δh’ và hsl, h’sl ứng với gi9ó bình quân lớn nhất

Tính toán tương tự như trên ta có bảng tổng hợp tính toán sau

Bảng 6-1 Tổng hợp xác định cao trình đỉnh đập

STT Thông số Đơn vị MNDBT

Xác định cao trình đỉnh đập theo công thức tính với MNLKT (Z3)

Với MNLKT ta có cao trình đỉnh đập với các phương án như sau:

Bảng 6-2 Cao trình đỉnh đập của các phương án

Kiểm tra lại cấp công trình: Tra mục 4 bảng 3.1 QCVN 04-05 : 2012

- PA1: H đ = 11,7 m => Công trình cấp III

- PA2: H d = 11,6 m => Công trình cấp III

- PA3: H= 11,5 m => Công trình cấp III

Bề rộng đỉnh đập cần phải đảm bảo điều kiện làm việc của đập được ổn định, thỏa mãn quy định đường giao thông (nếu có), quản lý khai thác vận hành, điều kiện thi công,… Căn cứ vào TCVN 8216-2009 mục 6.2 với công trình cấp III, không kết hợp với yêu cầu giao thông, ta lấy bề rộng đỉnh đập B = 5 m

Mái đập là yếu tố cơ bản đảm bảo sự ổn định của đập trong quá trình làm việc Hình dạng của mái đập phụ thuộc vào đặc tính của đất đắp đập, chiều cao đập và loại đập cũng như điều kiện thi công.Mái đập xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:

Sơ bộ ta chọn : m 1 = 2 và m 2 = 2,5

Yêu cầu cơ là do thi công, kiểm tra sửa chữa đập, bố trí các cơ đập ở mái hạ lưu để sử dụng làm đường dẫn nước mưa,làm đường công tác đi lại.Cơ đập có tác dụng làm tăng thêm độ ổn định cho mái, tập trung và thoát nước mưa bảo đảm thuận lợi cho quá trình thi công Do chiều cao đập thấp hơn 15m , theo QCVN 04-05 thì không cần phải bố trí cơ

6.2.4 Cấu tạo chi tiết đập

Mặt đập gia cố bằng BT M200 dày 20cm, phía dưới có lớp cát đệm dày 15cm

Hình 6-2 Cấu tạo chi tiết đỉnh đập 6.2.4.3 Bảo vệ mái thượng lưu

Mái thượng lưu xây đá vữa M100, Phạm vi được bảo vệ: Bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới MNC là 2,5m Mép dưới của phần gia cố xây gối tựa

Hình 6-3 Thiết bị bảo vệ mái thượng lưu 6.2.4.4 Bảo vệ mái hạ lưu

Trồng cỏ, kích thước như hình vẽ.Trong các rãnh đổ đá dăm để tập trung nước mưa

Hình 6-4 Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu i=2% éất cấp phối, dày 20cm Đá xây M100

Cát thô dày 15cm Dăm dày 15cm Đá hộc dày 30cm m 2

+ Đoạn lòng sông có nước do đó ta chọn thoát nước kiểu lăng trụ Cao trình đỉnh vật thoát nước cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu ít nhất 0,5m Bề rộng đỉnh lăng trụ thoát nước xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý và không nhỏ hơn 1,5 m Ta chọn BLt = 2 m

Mái thượng, hạ lưu của lăng trụ: m= 1 ; m’ = 1,5

Hình 6-5 Cấu tạo lăng trụ

Thiết kế sơ bộ công trình xả lũ

Căn cứ vào điều kiện địa hình,địa chất khu vực xây dựng công trình như đã thiết kế ở phần 3.5.4.2 ,tuyến tràn được bố trí tràn ở bên trái của tuyến đập

Ta chọn hình thức tràn là Tràn đỉnh rộng,có mặt cắt hình chữ nhật không có cửa van, chảy tự do Nước được dẫn qua 1 đoạn kênh ngắn đến cửa vào có độ thu hẹp dần rồi đến ngưỡng tràn Cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình mực nước dâng bình thường Zngưỡng = 42,11 (m) Nối tiếp sau là đoạn dốc nước thu hẹp dần dài 15 (m), và đoạn dốc nước có mặt cắt không đổi dài30 (m)

Theo điều 3-1 QP C8-76 (trang 3) thì chiều dài ngưỡng tràn  được xác định:

Trong đó: H Cột nước trên ngưỡng tràn

 : Chiều dài ngưỡng tràn, ta chọn  = 10m cho cả ba trường hợp Btr m = 1.0 dày 10 cm Đất màu trồng cỏ m' = 1.

Sạn sỏi làm lọc dày 25cm Cát làm lọc dày 15 cm

Hình 6-6 Mặt cắt dọc và mặt bằng tràn xả lũ

6.3.3 Tính toán thủy lực các phương án tràn

6.3.3.1 Tính toán thủy lực ngưỡng tràn

Do ngưỡng tràn ở gần đập nên kênh dẫn ngắn không cần xác định đường mặt nước trên kênh Ở thượng lưu lúc này ta chỉ cần bố trí tường cánh vừa hướng dòng vừa bảo vệ bờ

Hình 6-7 Ngưỡng tràn Độ sâu phân giới, độ dốc phân giới trên ngưỡng tràn tính toán như sau:

+ Q : là lưu lượng xả max +: là diện tích mặt cắt ướt

+ R : là bán kính thủy lực + : là chu vi ướt

+ B : là bề rộng tràn + i : là độ dốc

+ C : là hệ số sêri + V: vận tốc nước trên ngưỡng

+ n: hệ số nhám + m: hệ số lưu lượng hk

Bảng 6-3 Kết quả tính toán thuỷ lực ngưỡng tràn

Theo mục b trang 54 giáo trình thủy lực II, với Htr > h k thì đường mặt nước trên ngưỡng tràn là đường nước đổ b0 Tại cuối ngưỡng tràn, độ sâu dòng chảy hcuối ngưỡng

= hk Ta xác định được hcuối ngưỡng và Vcuối ngưỡng

6.3.3.2 Tính toán thủy lưc nối tiếp sau ngưỡng tràn a, Đoạn dốc nước thu hẹp

Dùng phương pháp cộng trực tiếp:

Hình 6-6 Sơ đồ đoạn dốc thu hẹp

 + Chia đoạn thu hẹp thành n đoạn ngắn, xác định chiều dài đoạn tính toán : ' L th

+ Giả thiết giá trị chiều sâu nước ở cuối đoạn tính toán

+ Diện tích mặt cắt ướt::i = bi hi

+Vận tốc dòng chảy ở đầu và cuối đoạn : i i v Q

 + Chênh lệch năng lượng đơn vị

+ Chu vi ướt ở mặt cắt đầu và cuối đoạn: i = b i + 2.h i

+ Bán kính thuỷ lực ở mặt cắt đầu và cuối đoạn: i i i

  + Hệ số Cêdi ở mặt cắt đầu và cuối đoạn :C i 1.R i 1 6

+ Độ dốc mặt nước tại mặt cắt tính toán

+ Xác định chiều dài đoạn tính toán ứng với giá trị chiều sâu nước giả thiết ở cuối đoạn tính toán theo công thức: L i J

+ So sánh giá trị L vừa tính được với chiều dài đoạn tính toán L’ Nếu L 

L’ thì giá trị chiều sâu nước ở cuối đoạn tính toán mà ta giả thiết ở trên là đúng

+ Tiếp tục tính toán cho các đoạn còn lại với chiều sâu ở cuối đoạn trước là chiều sâu nước ở đầu đoạn tiếp theo cho đến hết đoạn thu hẹp

Bảng 6-4 Kết quả tính toán thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp

V co hep 7.18 7.37 7.22 b, Đoạn dốc nước không đổi Định tính đường mặt nước Để định tính đường mặt nước trên dốc nước ta tính và so sánh các đại lượng

+ Xác định độ sâu dòng đều h0 :

Xác định độ sâu dòng chảy đều theo phương pháp so sánh mặt cắt lợi nhất về thủy lực ta được kết quả ghi ở bảng 6-5

Bảng 6-5 Kết quả tính toán h o

23 100.588 0.03 0.86 26.74 0.54 0.46 Xác định độ sâu phân giới hk và độ dốc phân giới i k

Bảng 6-6 Kết quả tính toán độ sâu h k và độ dốc i k

Từ kết quả các bảng tính ta thấy h0 < h < h k và i = 12% > i k  Đường mặt nước trên dốc nước có dạng đường nước đổ bII. Định lượng đường mặt nước Để vẽ đường mặt nước trong đoạn này ta dùng phương pháp cộng trực tiếp (tính như ở đoạn dốc thu hẹp): L i J

Bảng 6-7 Tổng hợp kết quả tính toán thuỷ lực phần dốc không đổ

Bảng tổng hợp cuối dốc Q(m 3 /s) 90.6 95.554 100.588 h d (m) 1.70 1.42 1.25 hc(m) 0.73 0.58 0.49

V cd (m/s) 9.55 9.15 8.93 Kiểm tra xói tại mặt cắt cuối dốc

Từ kết quả trên ta có lưu tốc dòng chảy ở cuối dốc nước

Căn cứ vào bảng 11-9 “ sổ tay tính toán thuỷ lực” ta tra được vận tốc cho phép không xói đối với bê tông M200 là [V]KX = 18m/s

Vậy Vcd < [V] KX nên dốc nước không bị xói trong quá trình làm việc

Hình 6-7 Tường bên dốc nước

Vấn đề hàm khí trong dốc nước

Trong dốc nước có lưu tốc dòng chảy lớn, lớp không khí ở gần mặt dòng chảy sẽ bị hút vào lớp nước Hiện tượng hàm khí xảy ra khi V > 3 (m/s) h cd h d h k

Khi lòng dẫn chữ nhật, độ sâu dòng chảy có kể đến hàm khí tính theo công thức sau: hhk = (1+k)h

Trong đó: hhk - độ sâu dòng chảy khi có kể đến hàm khí h - độ sâu dòng chảy khi không kể đến hàm khí

k - tỷ lệ hàm khí, theo công thức kinh nghiệm k = V/100

V là lưu tốc trung bình mặt cắt Chiều cao tường bên dốc nước

Chiều cao tường bên xác định theo công thức sau: ht = hhk +a Trong đó: a - độ cao an toàn với công trình cấp II lấy a = 0,5 m h hk - độ sâu dòng chảy khi có kể đến hàm khí, nếu không có hiện tượng hàm khí ta lấy là độ sâu dòng chảy h khi không kể đến hàm khí

Bảng 6-8 Chiều cao tường trên dốc nước

(m) V(m/s) hnk ht ht chọn h (m) V(m/s) hnk ht ht chọn h (m) V(m/s) hnk ht chọn Lt 1.1 3.29 1.14 1.6 2 1 0 3.15 1.04 1.54 2 0.94 3.04 0.97 2 0 0.51 7.18 0.54 1 1 0.43 7.37 0.46 0.96 1 0.4 7.22 0.42 0.5 15 0.73 9.55 0.8 1.3 1 0.58 9.15 0.63 1.13 1 0.49 8.92 0.53 1 30

6.3.3.4 Thiết kế kênh hạ lưu

Kênh hạ lưu là đoạn chuyển tiếp từ sau tràn đến dòng sông hạ lưu đập, ta thiết kế nhằm hướng dòng chảy từ bể tiêu năng về với dòng chảy tự nhiên trong sông được thuận, tránh xói lở lòng kênh và chuyển được lưu lượng thiết kế

Lựa chọn thông số thiết kế kênh + Hệ số mái kênh m = 1,5 + Độ dốc đáy kênh i = 0,001 + Độ nhám lòng kênh n = 0,014 Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng thiết kế ứng với các phương án:

PA 1 : Q TK = 90,6 m 3/ s với bề rộng kênh là 13m

PA 2 : Q TK = 95,554 m 3 /s với bề rộng kênh là 18m

PA3: QTK = 100,588 m 3 /s với bề rộng kênh là 23m

Hình 6-8 Mặt cắt ngang kênh hạ lưu

Xác định kích thước cho kênh

+ Xác định b và h theo phương pháp lợi nhất về thuỷ lực

+ Xác định độ sâu phân giới hk của kênh Độ sâu phân giới trong kênh hình thang hkt được tính theo công thức (9-15) trang

319 giáo trình Thủy Lực tập I:

Trong đó: hkN – độ sâu phân giới kênh chữ nhật (m);

Bảng 6-9 Tính toán trạng thái chảy trong kênh hạ lưu

Q(m 3 /s) F(R ln ) R ln b/R ln h/R ln h o (m) h kcn m ζn h kt

Từ kết quả tính ta thấy hok > hkT dòng chảy trong kênh là dòng chảy êm Lấy chiều cao an toàn cho kênh a = 0,5 m

Kiểm tra điều kiện không xói cho kênh Để đảm bảo cho lòng kênh không bị xói lở do tốc độ dòng chảy trong kênh, ta phải khống chế dòng chảy trong kênh sao cho : Vmax  Vkx

Tra bảng 4 – phụ lục 8, trang 46 TCVN 4118-85, ta được [ V] kx = 7 m/s

Bảng 6-10 Kết quả kiểm tra điều kiện không xói

Q Xả max bk h0 ω Vmax [Vkx] So sánh 90.6 13 1.66 25.77 3.52 7 V cd q1 = q2 = q3

Thay các giá trị trên vào hệ trên được:

Giải hệ phương trình trên ta được: h 3 = 6,13 (m) ; h 4 = 4,23(m) q1 ≈ q2 ≈ q3 = 5,447×10 -7 (m 2 /s)

+ Phương trình đường bão hòa: Ở đoạn sau tường lõi,với hệ trục như hình 5.9, phương trình đường bão hòa có dạng:

Bảng 9-1 Tọa độ đường bão hòa mặt cắt lòng sông(MNDBT) x (m) 0 3 6 9 12 15 17.25 y (m) 0,0 1,764 2,495 3,055 3,528 3,944 4,23

Trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu có nước:

Hình 9-9 Sơ đồ tính thấm mặt cắt lòng sông(MNLTK)

Lưu lượng qua từng đoạn:

Cột nước trước đập: h 1 =MNLTK – đáyC,57 – 34=9,57(m)

L1 = 7,27 (m) ; L2,04(m) ΔL– Chiều dài biến đổi mái thượng lưu về thẳng đứng: ΔL=3,727(m) h2 – Chiều cao cột nước hạ lưu h2 =0,79 (m)

Giải hệ phương trình trên ta được: h3 = 6,73 (m) ; h 4 = 4,89(m) q1 ≈ q2 ≈ q3 = 5,795×10 -7 (m 2 /s)

Phương trình đường bão hòa:

Với hệ trục như hình 9-9, phương trình đường bão hòa có dạng

Bảng tính tọa độ đường cong bão hòa:

Bảng 9-2 Tọa độ đường bão hòa mặt cắt lòng sông ( MNLTK) x (m) 0 3 6 9 12 15 17.25 y (m) 0,0 1,672 2,365 2,896 3,344 3,739 4,009

9.4.5.3 Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt (cho cả hai trường hợp)

- Với đập đất,độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập và nền).Ngoài ra ta cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hàng thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền

- Với thân đập cần đảm bảo điều kiện:   K đ đ

[Jk]đ phụ thuộc vào loại đất đắp và cấp công trình,theo Trugaep (bảng P3-3 Đồ án môn học thủy công) ta có với đất á sét và cấp III ta tra được [JK]đ = 1,35

- Với nền đập thì cần phải đảm bảo điều kiện: Jkn ≤ [Jk]đ

[J k ]n phụ thuộc vào loại đất nền và cấp công trình Theo Trugaep (bảng P3-2) ta có với đất nền là đất á sét và cấp công trình là cấp III ta tra được [Jk]n = 0,54

Bảng 9-3 Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Thân đập (Jkđ) Nền đập (Jkn)

9.4.5.5 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi

Sơ đồ chung cho mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái

Phương pháp tính toán: Đưa về đập có mái thượng lưu thẳng đứng, theo phương pháp biến đổi mái dốc của Mikhailop 1 1

 Trường hợp thượng lưu là MNDBT

Hình 9-10 Sơ đồ tính thấm mặt cắt sườn đồi (MNDBT)

Trong đó: ao: Chiều cao hút nước (m) ; q là Lưu lượng thấm đơn vị (m 2 /s)

 m2: Hệ số mái hạ lưu m2=2,25 ; L Xác định như trong sơ đồ

Hệ số thấm của đập: Kđ =3,2.10 -7 (m/s)

Chiều cao cột nước thượng lưu: H1 = MNDBT - đáy m1: Hệ số mái thượng lưu (m 1 =2,75)

Theo phương pháp thử dần, giải hệ phương trình trên được q, a0

Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi trái ở cao trình +39 và + 37

Bảng 9-4 Kết quả tính q, a 0 (MNDBT)

*) Phương trình đường bão hoà của mặt cắt sườn đồi phải +37

*) Ph ương trình đường bão hoà của mặt cắt sườn đồi Trái +39

Bảng 9-5 Bảng tính tọa độ đường bão hòa (MNDBT)

+ Kiểm tra độ bền thấm:

Với thân đập cần đảm bảo điều kiện: Jđk < [ Jk] đ

[Jk] đ phụ thuộc vào loại đất đắp và cấp công trình,theo Trugaep (bảng P3-3 Đồ án môn học thủy công) ta có với đất á sét và cấp III ta tra được [JK] đ = 1,35

Bảng 9-6 KIểm tra độ bền thấm trong thân đập cho hai mặt cắt sườn đồi (MNDBT)

Trường hợp thượng lưu là MNLTK

Hình 9-11: Sơ đồ tính thấm mặt cắt sườn đồi.(MNLTK)

+ Lưu lượng thấm: Tương tự như tính toán thấm mặt cắt sườn đồi ứng với MNDBT,áp dụng các công thức như trên ta có:

1 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi phải ở cao trình +37

Chiều cao cột nước thượng lưu: H1 = 43,57– 37 = 6,57(m)

Hệ số biến đổi mái dốc: ΔL = 2, 75 6,57

2 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi trái ở cao trình +39

Chiều cao cột nước thượng lưu: H1 = 43,57– 39= 4,57(m)

Hệ số biến đổi mái dốc: ΔL = 2, 75 4,57

Bảng 9-7 Kết quả tính q, a 0 (MNLTK)

*) Phương trình đường bão hoà của mặt cắt sườn đồi phải +37

*) Phương trình đường bão hoà của mặt cắt sườn đồi Trái +39

Bảng tính tọa độ đường cong bão hòa thấm:

Bảng 9-8 Tọa độ đường bão hòa ứng với từng cao trình.(MNLTK)

+39(m) x (m) 0 5 10 15 20 25 30 33 35 y (m) 3,81 3,517 3,198 2,843 2,437 1,949 1,286 0,606 0.76 Kiểm tra độ bền thấm

Bảng 9-9 Kiểm tra độ bền thấm trong thân đập cho hai mặt cắt sườn đồi (MNLTK)

Q 2 q l  q  q l  q  q l  q l Để tính tổng lưu lượng thấm ta dựa vào địa hình phân đập thành các đoạn

Hình 9-12 Vị trí mặt cắt tính thấm

Theo như phần trước ta đã tính toán lưu lượng thấm tại các mặt cắt I-I (cao trình +39m), II-II (lòng sông) và mặt cắt III-III (cao trình +37m) ứng với trường hợp thượng lưu là MNDBT hạ lưu là mực mước min tương ứng.Ta có bảng tổng hợp lưu lượng qua các mặt cắt:

Bảng 9-10 Bảng tổng hợp lưu lượng thấm qua các mặt cắt l 1 (m) q 1 (m 2 /s) l 2 (m) q 2 (m 2 /s) l 3 (m) q 3 (m 3 /s) l 4 (m)

Tính lượng thấm mất nước lớn nhất trong 1 tháng:

Lượng thấm mất nước cho phép của hồ ứng với MNDBT theo tính toán điều tiết lũ, hạ lưu min là : Wcp = 1%.V hồ = 1%93104 = 9300 (m 3 )

Lượng thấm mất nước của hồ ứng với MNDBT :

Nhận xét: Kết quả cho thấy lượng thấm mất nước thực tế nhỏ hơn nhiều so với lượng thấm mất nước cho phép Như vậy loại đập và hình thức xử lý chống thấm thiết kế hợp lý.

Tính toán ổn định

Mục đích chính để tính toán ổn định: trên cơ sở tính toán xác định được hợp lý nhất mặt cắt ngang của đập sao cho đảm bảo ổn định trong điều kiện thực tế làm việc và đảm bảo kinh tế nhất

9.5.2.Trường hợp tính toán a) Cho mái hạ lưu

- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)

- Khi thượng lưu có MNLTK, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt) b) Cho mái thượng lưu

- Mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (cơ bản)

- Mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập) tổ hợp cơ bản

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ lũ thiết kế đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp đặc biệt)

Trong đồ án này chỉ tính ổn định cho mái đập hạ lưu ở mặt cắt lòng sông (mặt cắt lớn nhất) với trường hợp khi thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)

Sử dụng phương pháp cung trượt trụ tròn của Ghecxêvanop 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

9.5.4.1Các chỉ tiêu cơ lí của đất đắp đập Độ rỗng đất đắp: n = 0,3865

Góc ma sát trong khô: tn= 18058’

Góc ma sát trong bão hoà: bh = 80%.tn  15010’

Lực dính đơn vị của đất đắp đập tự nhiên: Ctn = 3,12 (T/m 2 )

Lực dính đơn vị đất đắp bão hoà: Cbh = 80% Ctn = 2,496 (T/m 2 )

9.5.4.2 Các chỉ tiêu của đất nền tầng thấm nước

Hệ số thấm: K = 8,5.10 -7 (m/s) Độ rỗng đất nền: n = 0,4066

9.5.4.3 Khối đá làm thiết bị thoát nước

Dung trọng riêng: k =tn = 2 (T/m3) ; bh=2,4(T/m3).Góc ma sát trong:  = 34 0

9.5.5 Tìm vùng chứa tâm cung trượt nguy hiểm

Sử dụng hai phương pháp :

+ Phương pháp Filenit: Tâm trượt nguy nằm ở lân cận đường M,M1,các điểm M,M1 được xác định ( hình 9.13).Với:Hđ (m) ; 4,5.H đ = 4,512 = 54 (m)

 ,  phụ thuộc độ dốc mái đập.Tra bảng 6-5 (trang 146) giáo trình Thuỷ Công Tập1,ta có  = 35 0 ,  = 25 0

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

- Tia cd theo phương thẳng đứng

- Tia be phương tạo với mặt nghiêng trung bình mái đập một góc 85 0

- R,r phụ thuộc hệ theo số mái và chiều cao đập.Với m tb =1,875,Tra bảng(6-6) (Trang 147) G.T Thuỷ công tập I,ta được: d

 Kết hợp cả hai phương pháp,xác định phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB

Hình 9-13 Sơ đồ xác định vùng tâm trượt nguy hiểm

9.5.6 Xác định hệ số Kmimmin

Hình 9-14 Sơ đồ tính ổn định đập đất theo Ghécxêvanốp

Kết hợp cả 2 phương pháp trên ta tìm được phạm vi cung trượt nguy hiểm nhất nằm lân cận đoạn AB.Trên đó ta giả thiết các điểm O1, O 2 , O 3 Vạch các cung trượt đi qua điểm Q1 ở chân đập tương ứng với các tâm Oi…Với mỗi cung trượt ta xác định được một hệ số an toàn tương ứng ta xác định được giá trị Kmin trên đoạn AB.Từ vị trí tâm O ứng với Kmin ta kẻ đường thẳng vuông góc với đoạn AB.Trên đường thẳng đó ta lại lấy các điểm O1’,O 2’ , O 3’ …và vạch các đường cung đi qua điểm Q1 từ đó ta xác định được hệ số an toàn Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập

Với các điểm Q2, Q3… trên mặt hạ lưu đập ta làm tương tự và tìm được trị số Kmin tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kimin ~ Q i ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kminmin cho mái đập Trong đồ án chỉ yêu cầu tìm Kmin ứng với điểm Q 1 ở chân đập hạ lưu

9.5.7 Xác định hệ số an toàn nhỏ nhất

Xuất phát từ công thức c t

 ta xác định các yếu tố cần thiết để tính toán K.Để đơn giản trong tính toán ổn định ta chọn giả thiết của Ghecxêvanôp.Chia phần cung trượt thành nhiều dải đất có chiều rộng R b  m với R là bán kính cung trượt và m là một số nguyên, lấy m = 10

Giả thiết khối trượt là một vật rắn,áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm.Công thức tính hệ số ổn định có dạng:

Trong đó: n, Cn: Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của loại đất ngay tại mặt trượt ở đáy giải thứ n ln: Chiều rộng đáy dải thứ n, ln = b/cosn

W n : Áp lực thủy tĩnh tác dụng theo hướng tâm cung trượt tại dải đang xét

Với hn: Chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy dải đang xét

N n và T n : Các thành phần lực pháp tuyến và tiếp tuyến của trong lượng dải Gn: N n G n cos n

Với hi: Chiều cao phần dải đất có dung lượng là γi,đối với đất ở trên đường bão hòa lấy dung trọng tự nhiên và với đất ở dưới đường bão hòa lấy dung trọng bão hòa.Các thông số tính toán:

5 = wthiết bị thoát nước = kđá = 2,0(T/m 3 )

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

      m (n là số thứ tự dải)

Trong đó : – h0 – chiều cao từ mái đập đến đường bão hòa; h1 – chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập hoặc đáy cung trượt (khi cung trượt đi qua phần đất nền); h 2 – chiều cao từ đáy đập đến đáy cung trượt; h 3 – chiều cao từ mái và đỉnh lăng trụ thoát nước đến đường bão hòa; h4 – chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước); cột nước trong giải (hn)

Lực dính đơn vị đáy dải Cn. γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ

Cnln – Lực dính đáy dải tgn – hệ số ma sát trong của lớp đất đáy dải

(Nn – Wn)tgn – lực ma sát trong của lớp đất đáy dải

 Kết quả tính toán : phụ lục 9 Sơ đồ và bảng tính ổn định cung trượt của đập đất

Bảng 9-11 Tổng hợp kết quả K i

9.5.9 Đánh giá tính hợp lý của ổn định mái hạ lưu

Mái được gọi là hợp lý khi thoả mãn 2 điều kiện: Điều kiện ổn định trượt: Kmin  [K]cp Điều kiện kinh tế: Kmin  1,15.[K]cp

Trong đó: [K]cp – Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập.Theo“Tiêu Chuẩn thiết kế đập đất đầm nén – 14 TCN 157 – 2005,với công trình cấp III ta có: Trong điều kiện làm việc bình thường (cơ bản) [K]cp = 1,25

=> Với kích thước đập đã được thiết kế như trên thì thỏa mãn về điều kiện ổn định nhưng không thỏa mãn về điều kiện kính tế ( giảm hệ số mái thì sẽ có giá thành xây dựng công trình hợp lý hơn).

THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ

Mục đích và trường hợp tính toán

10.1.1 mục đích Để tháo phần nước thừa trong mùa lũ hoặc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa để kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo hồ chứa làm việc bình thường và an toàn

Phải xác định được lưu lượng thiết kế tháo qua công trình, xác định tần suất lũ thiết kế qua tính toán điều tiết hồ, xác định được lưu lượng thiết kế phải tháo qua công trìnTính toán thuỷ lực tràn với các cấp lưu lượng thay đổi từ nhỏ đến Qmax Ta tính với các cấp lưu lượng sau: 0,5Q ;0,75Q ; Q

Với Q 0,588 (m3/s) , ta có các giá trị lưu lượng tương ứng sau:

Chọn hình thức tràn xả lũ

Hình 10-1 Mặt bằng và cắt dọc tràn xả lũ

Là loại đường tràn dọc có hình thức là đập tràn ngưỡng đỉnh rộng chảy tự do, không có van điều tiết lưu lượng chiều dài ngưỡng theo chiều dòng chảy δ = 10m

Bề rộng thông thủy Btràn = 35m Nối tiếp sau tràn là dốc nước, dốc có đoạn thu hẹp dài 15m, đoạn không đổi dài 30m, độ dốc i = 12%, tiêu năng là bể tiêu năng.

Tính toán thủy lực tràn

Do ngưỡng tràn ở gần đập nên kênh dẫn ngắn không cần xác định đường mặt nước trên kênh Ở thượng lưu lúc này ta chỉ cần bố trí tường cánh vừa hướng dòng vừa bảo vệ bờ

Hình 10-2 Ngưỡng tràn Độ sâu phân giới hk tính theo công thức sau:

Vận tốc nước trên ngưỡng Vng = Q/ω

Trong đó diện tích mặt cắt ướt = hk.B (m 2 )

Bảng 10-1 Kết quả tính toán thuỷ lực ngưỡng tràn

(m 3 /s) (m) (m 2 ) (m/s) 50.294 0.595 20.82 2.42 75.441 0.779 27.28 2.77 100.588 0.944 33.05 3.04 Tại cuối ngưỡng, độ sâu dòng chảy h cuối ngưỡng = h k Xác định được Vcuối ngưỡng

10.3.2 Nối tiếp sau ngưỡng tràn

10.3.2.1 Tính toán thuỷ lực đoạn thu hẹp a Mục đích:

Xác định đường mặt nước trong dốc nước từ đó thiết kế chính xác được chiều cao của tường bên, tính được lưu tốc trong dốc, điều kiện thuỷ lực trước khi vào bộ phận tiêu năng để chọn các kết cấu bản đáy và tiêu năng hợp lý b.Phương pháp tính toán :

Hình 10- 3 Sơ đồ đoạn dốc thu hẹp hk

* Dùng phương pháp cộng trực tiếp với trình tự tính toán như mục 6.3.3.2 ở phần thiết kế sơ bộ tràn trang 48

Bảng 10-2 Kết quả tính toán thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp

Tổng hợp đoạn co hẹp Q(m 3 /s) 50.294 75.441 100.588 h d (m) 0.595 0.779 0.944 h c (m) 0.336 0.479 0.610

10.3.2.2 Tính toá n thủy lực đoạn không đổi

Tính toán thuỷ lực dốc nước (xác định dạng đường mặt nước trong dốc nước) nhằm xác định chiều cao tường bên dốc nước, xác định độ sâu dòng chảy cuối dốc phục vụ cho việc tính toán tiêu năng Định tính đường mặt nước:

+ Xác định h0: theo phương pháp so sánh mặt cắt lợi nhất về thủy lực

Hệ số mái của dốc nước, dốc nước mặt cắt hình chữ nhật nên m = 0  mo = 2

Thay các thông số vào biểu thức trên ta được f R ( ln ) Tra phụ lục 8.1 – bảng tra thủy lực với f R ( ln ).và n = 0,014 (hệ số nhám dốc nước bằng bê tông) được R ln ; Có ln

= 0, tra bảng phụ lục 8-3, bảng tra thủy lực được ln h

Bảng 10-3 Kết quả tính toán độ sâu dòng đều và độ sâu phân giới

Từ bảng tính ta thấy h0 < h < hk  Đường mặt nước trên dốc nước có dạng đường nước đổ bII Định lượng đường mặt nước Để vẽ đường mặt nước trong đoạn này ta dùng phương pháp cộng trực tiếp (tính như ở đoạn dốc thu hẹp):

Hình 10-4 Đoạn dốc nước có bề rộng không đổi

Ta có bảng tổng hợp: (chi tiết tính toán ở phụ lục 10)

Bảng 10- 4 Tổng hợp cuối dốc

Kiểm tra xói tại mặt cắt cuối dốc

Từ kết quả trên ta có lưu tốc dòng chảy ở cuối dốc nước Vcd = 9,74 m/s < [V]KX m/s bảng 11-9 “ sổ tay tính toán thuỷ lực” vận tốc cho phép không xói đối với bê tôn M200 ) Vậy dốc nước không bị xói trong quá trình làm việc

Hình 10-5 Tường bên dốc nước

Vấn đề hàm khí trong dốc nước:

Trong dốc nước có lưu tốc dòng chảy lớn, lớp không khí ở gần mặt dòng chảy sẽ bị hút vào lớp nước Các bọt khí đó pha trộn với lớp nước trên vùng mặt, chuyển động cùng dòng chảy và do đó chiều sâu dòng chảy sẽ tăng lên so với tính toán khi không có hàm

.Khi lòng dẫn chữ nhật, độ sâu dòng chảy có kể đến hàm khí tính theo công thức sau: hhk = (1+k)h

Trong đó: hhk - độ sâu dòng chảy khi có kể đến hàm khí h - độ sâu dòng chảy khi không kể đến hàm khí

k - tỷ lệ hàm khí, theo công thức kinh nghiệm được trình bày trong quy phạm thiết kế tràn xả lũ của trung quốc SDJ 341-89 thì k = V/100 với V là lưu tốc trung bình mặt cắt

10.3.3 Thiết kế kênh hạ lưu a Chọn tuyến

Kênh hạ lưu là đoạn chuyển tiếp từ bể tiêu năng đến dòng sông hạ lưu đập b Chọn loại kênh

Căn cứ vào tài liệu địa chất nơi kênh đi qua ta xác định được kích thước cơ bản của kênh như sau :

Mặt cắt kênh hình thang có: m = 1,5 Độ dốc đáy kênh: i = 0,001

Hệ số nhám: n = 0,014 (Bảng 1- phụ lục 9- TCVN 4118-85)

Bề rộng kênh: Bk = 25 m Để thiên về điều kiện an toàn trong thiết kế kênh, ta chọn lưu lượng thiết kế kênh là lưu lượng max Qmax = 100,588 (m 3 /s)

Hình 10-6 Mặt cắt ngang kênh hạ lưu c Xác định kích thước kênh

+ Xác định b và h theo phương pháp lợi nhất về thuỷ lực với 3cấp lưu lượng Độ sâu phân giới trong kênh hình thang hkT được tính theo công thức gần đúng

Trong đó: hkN – độ sâu phân giới kênh chữ nhật (m),

 α - hệ số lưu tốc, α = 1 q – lưu lượng đơn vị (m 3 /s); q = Q i /B K

Bảng 10-5 Tính toán trạng thái chảy trong kênh hạ lưu

Q(m 3/ s) F(R ln) R ln b/R ln h/R ln h o (m) h kcn m ζn h kt

Từ kết quả tính ta thấy hok > hkT dòng chảy trong kênh là dòng chảy êm.Lấy chiều cao an toàn cho kênh a = 0,5m

Kiểm tra điều kiện không xói cho kênh Để đảm bảo lòng kênh không xói lở cần :Vmax  Vkx = K.Q 0,1

Trong đó : Lưu lượng của kênh Q

Hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh theo bảng 13 - TCVN 4118-85 : K= 0,68

Xác định lưu tốc dòng chảy trong kênh max max max

Bảng 10-6: Kết quả kiểm tra điều kiện không xói

Q Xả max h 0 ω V max [v kx ] So sánh

Vcd Hc = 0,508+1 = 1,508(m)

Ngoài ra để thỏa mãn điều kiện cấu tạo,thường khống chế Hc ≥ 1,6m để tiện cho việc sửa chữa và phù hợp với TCVN 285-2002.Do đó chọn Hc = 1,6 (m) là hợp lý

+ Cao trình đáy cống ở cửa vào: ZV = MNC – h1 – ΣZi = 39 – 0,508 – 0,004 38,48(m)

+ Cao trình đáy cống ở cửa ra: Zr = Z V – iL = 38,48 – 0,009 = 38,47(m)

 Mực nước đầu kênh hạ lưu: Z=Zr+h = 38,47+0,5= 38,97 >Zkc8,5 (m) thỏa mãn yêu cầu tưới và sinh hoạt.

Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng

Khi mực nước thượng lưu cao, chỉ cần mở một phần cửa van để lấy được lưu lượng cần thiết Dòng chảy ở ngay sau cửa van thường là dòng xiết Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước nhảy Do đó cần tính toán tiêu năng để :

Kiểm tra xem có nước nhảy ra ở trong cống không

Xác định chiều sâu bể tiêu năng cần để tiêu năng ,tránh xói kênh hạ lưu

Trong đồ án này chỉ tiến hành kiểm tra trạng thái chảy trong cống ứng với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT và Q =0,18( m 3 /s)

Hình 11-2 Sơ đồ tính toán thủy lực cống khi thượng lưu là MNDBT

11.5.2 Xác định độ mở cống

:Hệ số co hẹp bên

: Hệ số lưu tốc, phụ thuộc vào hình dạng cửa vào = 0,96 a: Độ mở cửa van

:Diện tích nước qua ở phía dưới cửa van

:Hệ số co hẹp đứng

Cột nước trước cửa van: Ho’ = H0 – hw

Tổn thất cột nước tính từ cửa vào cho đến vị trí cửa van hw (có thể bỏ qua) khoảng cách từ cửa vào tới tháp van, L1 = 12,4(m)

Cột nước làm việc trước cống:

- Xác định hệ số co hẹp đứng a , f H

  bằng cách sử dụng bảng quan hệ của

  Theo bảng 15-1 các bảng tính thủy lực: F(ηc) = 0,022 => ηc = 0,00508 khi đó a được tính theo công thức: a  c H o '

Với a =0,034(m) ta kiểm tra lưu lượng lấy được:

Ta thấy sai số về lưu lượng P% là:

=> Giá trị a và ε ở trên có thể chấp nhận được

Với MNDBT độ mở cống a = 0,034(m) thì lấy được lưu lượng theo yêu cầu

11.5.3 Kiểm tra trạng thái chảy trong cống

11.5.3.1 Xác định dạng đường mặt nước

+ Định tính dạng đường mặt nước: Độ sâu co hẹp sau van: hc = a = 0,6110,034=0,02(m)

Do mặt cắt cống là chữ nhật nên độ sâu phân giới hk Trong đó:q 0,18 0,18 c 1, 0

Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực để tìm độ sâu dòng đều ho: f(Rln) 8, 0 2 10 4

Tra bảng (8.1) bảng tính thuỷ lực được Rln = 0,2 1, 0 3, 915

Theo phụ lục (8.3) bảng tính thuỷ lực: 0 ln h

So sánh: hc=0,02(m) Kết luận : Có nước nhảy trong cống

11.5.3.2 Xác định vị trí nước nhảy a Mục đích:

Xác định nước nhảy có chạm trần cống hay không để từ đó có các biện pháp xử lý

- Nước nhảy chạm trần cống: Trường hợp này rất nguy hiểm do khi nước nhảy chạm trần cống sinh ra chân không tại vùng có nước nhảy xảy ra gây rung động lớn làm mất an toàn cho cống Để tránh gặp trường hợp này thì có các biện pháp xử lý sau:

+ Thay đổi độ dốc đáy cống để đẩy nước nhảy ra khỏi cống

+ Thay đổi vị trí đặt tháp van về phía hạ lưu

+ Tăng chiều cao trần cống để nước nhảy không chạm tràn cống

+ Chấp nhận cho nước nhảy trong cống nhưng cần phải đảm bảo nước nhảy không chạm trần cống nhằm tránh gây rung động

- Nếu nước nhảy không chạm trần cống: trường hợp này ít nguy hiểm hơn nên có thể chấp nhận có nước nhảy trong cống mà không cần có biện pháp xử lý đặc biệt, chỉ cần gia cố tốt các khớp nối tại vị trí có nước nhảy b.Nguyên tắc tính toán:

Vận dụng lý luận về sự nối tiếp Trước nước nhảy là một đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI bắt đầu từ mặt cắt co hẹp có độ sâu hc đến mặt cắt I – I có độ sâu h’ Sau nước nhảy là đoạn chảy êm theo đường nước hạ bI bắt đầu từ mặt cắt II-II có độ sâu h” và tận cùng ở cửa ra có độ sâu hr c Sơ đồ tính toán:

Hình 11-3: Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống d.Cách xác định:

Cách xác định vị trí nước nhảy :

+ Vẽ đường mặt nước CI từ mặt cắt co hẹp đến khi chạm vào đường K - K

+ Vẽ đường CI’ liên hiệp với đường CI, mỗi điểm của đường này là độ sâu liên hiệp tương ứng với mỗi điểm của đường CI: α: là hệ số sửa chữa động lượng

+ Lùi đường CI’ về phía hạ lưu 1 đoạn có chiều dài bằng chiều dài nước nhảy tương ứng với mỗi điểm ln = 4,5 h''  đường CI”

+ Vẽ đường mặt nước B I từ hạ lưu vẽ lên, cắt đường CI” tại điểm S Độ sâu tại S chính là độ sâu sau nước nhảy h'' từ đó ta sẽ xác định được vị trí nước nhảy h h h k d

 Ta có bảng tính toán đường mặt nước và xác định vị trí nước nhảy trong cống xem phụ lục11 Từ đó ta xác định được:

- Chiều dài nước nhảy: Ln 0 = 4,5h” = 4,5×0,501 = 2,255 (m)

- Khoảng cách từ mặt cắt co hẹp (C-C) đến vị trí nước nhảy: L = 2,7 (m)

Ta thấy chiều cao cống Hc = 1,6 (m) > h” = 0,0,501 (m) > hr = hh = 0,5(m)

=> Nước nhảy không trạm trần cống

Làm bể tiêu năng với kích thước bể là: Độ sâu d = 0,5(m); Chiều dài bể L = 4(m).

Chọn cấu tạo chi tiết cống

Cửa vào cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng hạ lưu Thường bố trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần chọn 80

Tường cánh nối tiếp với khe phai, bố trí hai rãnh phai sự cố có kích thước (20 x 20) cm, khoảng cách giữa hai phai là 1m Sau phai sự cố là lưới chắn rác để ngăn rác vào cống, góc nghiêng đặt lưới chắn rác 75 0

Hình 11-4 Mặt cắt dọc cửa vào

Cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng hạ lưu Thường bố trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần

Cửa ra kết hợp bố trí bể tiêu năng, tường cánh cửa ra làm thẳng hạ thấp dần theo mái đập

Bê tông lót M100 dày 10cm +38.48

Hình 11-5 Chính diện hạ lưu 11.6.3 Sân sau bể tiêu năng

Tại cửa ra bố trí bể tiêu năng có chiều rộng mở dần nối tiếp kênh hạ lưu

Sau bể tiêu năng cần bố trí một đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài bằng Lsn Do bể tiêu năng chỉ thiết kế theo cấu tạo do đó chiều dài đoạn bảo vệ chọn bằng:

Hình 11-6 Sân sau bể tiêu năng

Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ,mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thường làm vát góc để tránh ứng suất tập chung,chiều dày thành cống được xác định theo diều kiện chịu lực,điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo:   J t H

Trong đó: H – cột nước lớn nhất

[J] – Gradien thấm cho phép của vật liệu bê tông thì [J] = 10÷15;

+ Theo yêu cầu cấu tạo chọn t = 0,5 m

Do t = 0,5 m nhỏ hơn yêu cầu chống thấm nên ta đắp thêm một lớp đất sét được đầm nện kỹ bằng thủ công dày 0,5 (m)

Hình11-7 Mặt cắt ngang thân cống 11.4.2.2 Phân đoạn cống

Chiều dài thân cống tương đối lớn dễ sinh ra rạn nứt do lún không đều vì vậy ta phải chia cống ra làm 10 đoạn,chiều dài mỗi đoạn lđ = 5(m).Giữa các đoạn ta bố trí các khớp nối như hình vẽ: a) Khớp nối ngang b) Khớp nối đứng Hình 11-8 Sơ đồ khớp nối của cống hộp bằng bê tông

2 lớp bao tải + 3 lớp Nhùa ®-êng

Tôn tráng kẽm dày 1mm

BT đổ sau nhựa đ-ờng dày 1.5cm

2 lớp bao tải +3 lớp nhựa đường 1.5cm

T ấm đồng dày 2mm Nhựa đường tôn tráng kẽm dày 1mm

11.4.2.3 Nối tiếp thân cống với nền

Trước khi đổ bê tông cống ta đổ một lớp bê tông lót M100 dày 10(cm) ở mặt tiếp xúc giữa cống và nền

11.4.2.4 Nối tiếp thân cống với đập

Thường dùng đất sét nên chặt thành một lớp bao quanh cống dày 1(m).Tại chỗ tiếp xúc các đoạn cống làm thành các gờ để nối tiếp cống và đất đắp đập được tốt hơn và kéo dài đường viền của dòng thấm xung quanh cống

Vị trí là ở giữa mái thượng lưu đập,khoảng cách từ cửa vào cống tới tâm của chân tháp van bằng 16 (m).Trong tháp bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố,bố trí lỗ thông hơi khi cần thiết (khi có nước nhảy trong cống và chiều sâu nước nhảy xấp xỉ tới trần cống)

Tháp làm bằng bê tông cốt thép M200; tường dày 0,4m; phía trong tháp có cầu thang lên xuống; phía trên tháp bố trí nhà quản lí và đặt máy đóng mở van

Hình 11-9: Mặt cắt ngang thân tháp van

Tính các lực tác dụng lên 1 mặt cắt ngang cống

Xác định nội lực trong các bộ phận ứng với các trường hợp làm việc khác nhau để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn

+Khi mới thi công xong, trong cống chưa có nước

+Khi thượng lưu là MNDBT, cống đóng không lấy nước

+Khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng không lấy nước

+Khi có lực động đất …

Trong đồ án này chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống cho một trường hợp cống đóng khi thượng lưu là MNLTK

11.7.2 Các số liệu tính toán

- Cao trình đáy cống thượng lưu:  đáy TL = +38,48 (m)

- Cao trình đáy cống hạ lưu:  đáy HL = +38,47(m)

- Mực nước thượng lưu: H 1 = MNLTK - đáy TL = 43,57 – 38,48 = 5,09 (m)

- Cống làm bằng bê tông cốt thép M200, bt = 2,5 (T/m 3 )

*Tìm phương trình đường bão hòa

Hình 11-10 Sơ đồ tìm PT đường bão hòa

Tính qđ :lưu lượng thấm qua đập được tính như phần đập đất

Phương trình đường bão hòa có dạng : 2 1 2 2 đ đ y h q x

Phương trình đường bão hòa có dạng: y2 = 25,9 – 2,44x

Taị mặt cắt I - I vuông góc với thượng lưu đỉnh đập có x = ΔL + ( đỉnh đập - MNLTK)

Cao trình đường bão hoà tại mặt cắt tính toán

- Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hoà :

- Chiều cao của đường bão hoà đến đỉnh cống :

11.7.4.1 Áp lực đất a Trên đỉnh: Áp lực đất trên đỉnh được tính theo công thức: q1= K.Σi.Zi

Trong đó: Zi và i là chiều dày và dung trọng của các lớp đất đắp trên đỉnh cống

K :hệ số tập trung áp lực đất, phụ thuộc vào tính chất đất nền, phương pháp đặt cống, chiều sâu chôn cống và tỷ số H/D1 Trong đồ án cống được đặt một phần trong nền Đối với cống cứng thì hệ số K lấy theo bảng 15-4 (Giáo trình thủy công tập II trang 169) Với : H là chiều cao cột đất trên đỉnh cống

D1 Chiều rộng lớn nhất của cống hộp, D1 = 2,2 m =>

D   Tra bảng 15-4, với cống đặt trên nền sét cứng ta được K = 1,72 b Hai bên:

Trong trường hợp này chỉ có áp lực nước ngoài cống tác dụng ở trên đỉnh, hai bên cống và dưới đáy cống a.Trên đỉnh: Áp lực nước trên đỉnh được tính theo công thức: q2 = n.Z2 (T/m) b Hai bên: Trên đỉnh: P2 = n.Z2

Dưới đáy: P 2’ = n.(Z 2 +H) c Dưới đáy: Áp lực nước dưới đáy được tính theo công thức: q3= n.(Z2+H)

+ Trọng lượng riêng của bê tông: bt= 2,5 (T/m 3 )

+ Chiều dày của tấm nắp, thành bên, tấm đáy bằng nhau: tn= t b = t d =0,5(m) a Tấm nắp: q4 = b t n (T/m) b Thành bên: ( Phân bố theo phương thẳng đứng) q 5 = b t b (T/m) c.Tấm đáy: q6 = b t đ (T/m)

Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống, thường là phân bố không đều, khi tính toán ta xem gần đúng là phân bố đều, khi đó:

11.5.4.5 Sơ đồ lực cuối cùng a Các lực thẳng đứng:

+ Phân bố trên đỉnh cống: qđ = q1 + q2 + q4 (T/m)

+ Phân bố hai bên thành cống: q5 (T/m)

+ Phân bố dưới đáy: qn = r - q 6 + q 3 (T/m) b Các lực ngang:

+ Bộ phận phân bố đều: Pđ = P 1 + P 2 (T/m)

+ Bộ phận phân bố tuyến tính: Pt = P 1’ + P 2’ - (P1 + P2) (T/m)

Hình 11-11 Sơ đồ các lực tác dụng lên cống ngầm t bc

Kết quả tính toán được ghi ở bảng dưới đây:

Bảng 11-3 Tổng hợp các lực tác dụng lên cống ngầm

Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải

Giá trị cuối cùng qđ 19.239 1.1 20.201 pđ 10.293 1.1 11.323 pt 4.164 1.2 4.997 qn 21.228 1.1 22.290

( Các hệ số vượt tải “ n “ tra bảng 6.1 Trang 18 TCXDVN 285:2002 ).

TÍNH TOÁN CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT –TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP ĐOẠN CỐNG SAU THÁP VAN

Mục đích

Tiến hành tính toán nội lực ,ngoại lực tác dụng lên cống để bố trí cốt thép và kiểm tra ổn định cống.

Tài liệu tính toán

Trong đồ án, em tiến hành tính toán kết cấu tại đoạn cống như hình vẽ:

Hình 12-1 Vị trí tại mặt cắt tính toán 12.2.2 Tài liệu tính toán Đất đắp đập có chỉ tiêu cơ lý như sau:

tn = 18058’ ; bh 0;Ctn=2,057 (T/m 2 );C bh = 3,12 (T/m 2 ); K = 3,2.10 -5 (cm/s)

Chọn bê tông mác 200 (M200), cốt thép nhóm CII để tính toán và bố trí cốt thép trong cống Em có các chỉ tiêu tính toán như sau:

+ Rn: cường độ tính toán chịu nén của bê tông theo trạng thái giới hạn I khi nén dọc trục: tra bảng 4 (trang 15) TCVN 4116 - 85 ta được Rn = 90 kg/ cm 2

+ Rnc: Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông theo trạng thái giới hạn II khi nén dọc trục, Rkc = 115 KG/cm 2

+ Rk: cường độ tính toán chịu kéo của bê tông đối với trạng thái giới hạn I khi kéo dọc trục: tra theo bảng 3 TCVN 4116 - 85 ta được Rk = 7,5 kg/ cm 2 Đoạn cống tính toán

+ Rk c: cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông theo trạng thái giới hạn II khi kéo dọc trục: tra bảng 3 TCVN 4116 - 85 ta được Rk c = 11,5 kg/ cm 2

+ K n : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp công trình: tra theo bảng 2 TCVN 4116 – 85, với công trình cấp III ta được: Kn = 1,15

+ nc: hệ số tổ hợp tải trọng tra bảng 3 TCVN 4116 - 85 với tổ hợp tải trọng cơ bản ta được nc = 1,0

+ ma: hệ số điều kiện làm việc của cốt thép: tra theo bảng 9 TCVN 4116 - 85 ta được: ma = 1,1

+ m b : hệ số điều kiện làm việc của bê tông: tra theo bảng 5 TCVN 4116 - 85 ta được: mb = 1,0

+ Ra: cường độ chịu kéo của cốt thép: tra theo bảng 8 TCVN 4116 - 85 ta được

+ Ra ’: cường độ chịu nén của cốt thép: tra theo bảng 8 TCVN 4116 - 85 ta được

+ E a : mô đun đàn hồi của cốt thép: tra theo bảng 13 -TCVN 4116 - 85 ta được: Ea 2,1.10 6 kG/ cm 2

+ Eb: mô đun đàn hồi ban đàu của bê tông Eb = 0,24.10 6 kG/ cm 2

Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép ở miền kéo và miền nén là a= a' = 5cm + Chiều cao hữu ích của tiết diện là: ho = h - a = 50 - 5= 45 (cm)

+ Tra bảng 17 (trang 32- giáo trình BTCT) với mác bê tông M200, nhóm cốt thép CII ta được hệ số giới hạn ta được hệ số o = 0,6.=> Ao = o(1 - 0,5 o) = 0,42

+ Chiều dài tính toán của kết cấu l o = 0,5.H =0,5.1,6 = 0,8 với thành cống l o = 0,5.B=0,5.2 = 1với trần và đáy cống

+ Độ mảnh h của cấu kiện: h o o h l < 5

+ Hàm lượng cốt thép tối thiểu theo bảng 4-1 (trang 62) giáo trình BTCT ta có:

+ Hàm lượng cốt thép lớn nhất max = 3,5%

+ F a , F a ': diện tích cốt thép ở miền kéo và miền nén của kết cấu

Yêu cầu: Fa , Fa' > min.b.ho

Trường hợp tính toán

- Khi công trình mới thi công xong, cống chưa lấy nước

- Khi công trình làm việc bình thường, thượng lưu là MNDBT cống mở để lấy nước ứng với lưu lượng thiết kế

- Khi thượng lưu là MNLTK ; cống đóng không lấy nước;

- Khi có lực động đất

Theo yêu cầu của đồ án tốt nghiệp và của giáo viên hướng dẫn, em tiến hành tính tóan kết cấu cho trường hợp thượng lưu là MNLTK, cống đóng không lấy nước , ứng với tổ hợp tải trọng tính toán

Phương pháp tính toán

Mặt cắt ngang cống là khung siêu tĩnh bậc ba Theo cơ học kết cấu để xác định nội lực trong cống , có một số phương pháp sau:

- Phương pháp phần tử hữu hạn

- Sử dụng công thức tính sẵn (tra bảng)

- Phần mềm tính toán kết cấu (SAP 2000)

Trong phạm vi đồ án này, em dùng phần mềm SAP 2000 v12 để tính toán kết cấu cống.

Xác định lực tác dụng

12.5.1 Xác định phương trình đường bão hòa tại vị trí tính toán

Trường hợp thượng lưu là MNLTK và cống đóng không lấy nước

Ta chọn mặt cắt A-A để tính thấm ở cao trình đỉnh cống +46 m

Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt sườn đập trên nền không thấm nước, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái

Hình 12-2 Sơ đồ tìm PT đường bão hòa

Qúa trình tính toán tương tự như mục 11.7.2 ta có:

- Cao trình đường bão hoà tại mặt cắt tính toán : đbh = 35,69 (m)

Chiều dày lớp đất trên đường bão hòa:

Chiều dày lớp đất phía dưới đường bão hòa:

Các loại áp lực được xác định như mục 11.5.4 chương 11 , Kết quả tính toán được ghi trong bảng dưới đây

Bảng12-1 Tổng hợp các lực tác dụng lên cống ngầm

Thành phần lực Đơn vị

Xác định nội lực tác dụng trong mặt cắt cống

Mục đích của việc tính toán nội lực là xác định nội lực của các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống

Phần mềm SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phương pháp PTHH (dựa vào mô hình tương thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính được nội lực, ứng suất … của phần tử

Chuyển mặt cắt thực tế của cống (có bề dày) về mặt cắt tính toán (không có bề dày) và ta sẽ có các lực tính toán tương ứng với mặt cắt chuyển đổi

Hình 12-3 Sơ đồ tính toán kết cấu

Sơ đồ tính toán cống ngầm theo bài toán hệ thanh phẳng a) Trường hợp tải trọng tiêu chuẩn b) Trường hợp tải trọng tính toán

Hình 12-4 Sơ đồ tính nội lực

Coi cống đặt trên nền đàn hồi với hệ số nền k 0 = 2.10 5 (kN/m 3 )

12.6.2.1 Trình tự thực hiện giải bài toán bằng phần mềm SAP 2000 v12

Bước 1: Xây dựng mô hình tính toán

Mô hình hóa khung : File/New Model/ kích chọn phần tử 2D Frames/ Xuất hiện bảng nhập số tầng : 1, chiều cao tầng : 2,6 Số nhịp 1 ,chiều rộng nhịp 1,8

Hình 12-6 Mô hình hóa khung

Vẽ thêm thanh đáy: Draw / Frames / vẽ thanh đáy từ trái qua phải ta được khung b

Hình 12-7 Vẽ thêm thanh đáy

Bước 2: Định nghĩa vật liệu và tiết diện

+Định nghĩa vật liệu: Define / Materials / Add New Material a b

Hình 12-8 Định nghĩa vật liệu

+Định nghĩa tiết diện: Define / Section Properties / Frame Sections / Add New Property

Hình 12-9 Định nghĩa tiết diện

Bước 3: Định nghĩa tải trọng và tổ hợp tải trọng Định nghĩa tải trọng: Define / Load Patterns

Hình 12-10 Định nghĩa tải trọng

Bước 4: Gán tiết diện vào khung

Dùng chuột quét khung sau đó vào :Assign / Frame / Frame Section

Hình 12-11Gán tiết diện vào khung

Chọn đối tượng cần gán tải trọng / Assign / Frame Loads / Distributed

Bước 6 : Gán liên kết lò xo giữa đáy cống và nền

Chia nhỏ thanh thành các đoạn đều nhau: Edit / Edit Lines / Divide Frames

Gán liên kết lò xo: Quét chọn tất cả các đoạn thanh vừa chia / Assign / Frames /

Analyze / Set Analyze / Options / bảng Analysis Options / Plane Frames / OK Analyze / Set Load Case to Run / Nhấn chuột vào Modal / Click to : Run/Do Not Run Case (bỏ không chạy mode dao động riêng) / nhấn Run Now

Hình 12-13 Chạy chương trình Chọn đối tượng xuất kết quả ra nhiều mặt cắt : chọn thanh đỉnh và hai thanh đáy / Assign / Frame / Output Station / bảng Assign Frame Output Station/ OK

Hình 12-14 Chọn đối tượng xuất kết quả ra nhiều mặt cắt

Bước 8 : Hiển thị biểu đồ nội lực

Biểu đồ mô men uốn Mcc: Display / Show Forces/Stresses / Frame / Moment 3-3

Biểu đồ lực cắt Qcc: Display / Show Forces/Stresses / Frame / Shear 2-2 / OK

Biểu đồ lực dọc Ncc: Display / Show Forces/Stresses / Frame +) a)Trường hợp tải trọng tiêu chuẩn b) Trường hợp tải trọng tính toán

Hình12-15 Biểu đồ Mô men Mcc a)Trường hợp tải trọng tiêu chuẩn b) trường hơp tải trọng tính toán

Hình12-16 Biểu đồ lực cắt Qcc

Trường hợp tải trọng tiêu chuẩn Trường hợp tải trọng tính toán

Hình 12-17 Biểu đồ lực dọc Ncc