Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh, áp dụng cho dự án adb5, tỉnh bắc ninh

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh, áp dụng cho dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh” hoàn thành với nỗ lực thân, giúp đỡ nhiệt tình thầy Khoa Cơng Trình - Trường đại học Thuỷ lợi, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Hữu Huế trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo Khoa Cơng Trình, thầy giáo trường Đại học Thủy lợi tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập chương trình cao học trình thực luận văn Tác giả chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người trước bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình mặt đường học hỏi nghiên cứu khoa học Do trình độ có hạn thời gian nghiên cứu ngắn, nên luận văn tránh khỏi tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả nghiên cứu sâu để góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Tác giả Nguyễn Tiến Hà i LỜI CAM KẾT Tôi Nguyễn Tiến Hà, xin cam đoan đề tài luận văn tôi làm Những kết nghiên cứu trung thực.Trong q trình làm tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy cấp thiết đề tài Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc tài liệu tham khảo thống kê chi tiết Những nội dung kết trình bày Luận văn trung thực, vi phạm tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Tác giả Nguyễn Tiến Hà ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM KẾT II MỤC LỤC III PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài: 3 Phương pháp nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG KÊNH 1.1 Đặc điểm, vai trò kênh hệ thống kênh 1.2 Hiện trạng hệ thống kênh 1.2.1 Về công tác thiết kế 1.2.2 Về công tác thi công chất lượng, thẩm mỹ bê tông gia cố kênh .11 1.3 Cơng trình kênh 11 1.3.1 Cơng trình điều tiết mực nước .11 1.3.2 Cơng trình điều tiết lưu lượng 15 1.3.3 Cơng trình đo lưu lượng 18 1.3.4 Cơng trình/thiết bị đo mực nước 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ KÊNH THƯỜNG GẶP .21 2.1 Kênh đất không gia cố 21 2.2 Kênh gia cố 21 2.2.1 Các hình thức lát kênh 21 2.2.2 Một số điều ý thiết kế lát kênh: 23 2.2.3 Điều kiện áp dụng 24 iii 2.3 Các yêu cầu thiết kế, thi công hệ thống kênh 32 2.3.1 Công tác thiết kế 32 2.3.2 Công tác thi công 34 KẾT LUẬN CHƯƠNG 35 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG KÊNH CỦA DỰ ÁN ADB5 TỈNH BẮC NINH 37 3.1 Hệ thống thủy lợi tỉnh Bắc Ninh 37 3.1.1 Quy hoạch tiêu 37 3.1.2 Quy hoạch tưới: 38 3.2 Giới thiệu dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh 39 3.2.1 Bối cảnh 40 3.2.2 Mô tả dự án 41 3.3 Đề xuất giải pháp kỹ thuật cho hệ thống kênh dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh 43 3.4 Yêu cầu kỹ thuật thiết kế kênh bê tông cốt thép đúc sẵn 49 3.4.1 Tính toán lưu lượng 49 3.4.2 Xác định mực nước tính tốn đầu kênh, độ dốc kênh 49 3.4.3 Xác định mặt cắt yêu cầu, vận tốc dòng chảy kênh 50 3.4.4 Tính tốn cấu kiện 50 3.5 Ứng dụng tính tốn cho kênh tưới Ngơ Thơn, xã Xn Lai 51 3.5.1 Thơng số tính toán 51 3.5.2 Tính tốn nội lực cấu kiện kênh 53 3.5.3 Tính tốn kinh tế 63 3.6 Kỹ thuật thi công quản lý chất lượng công tác sản xuất, lắp đặt kênh 67 3.6.1 Công tác đào đất 67 3.6.2 Công tác đổ đất đào 68 3.6.3 Chiều rộng lưu không để thi công kênh 68 3.6.4 Công tác đắp đất 68 3.6.5 Thi công cấu kiện bê tông đúc sẵn 69 3.6.6 Kiểm tra chất lượng thi công 70 iv KẾT LUẬN CHƯƠNG 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 Hiện trạng công trình thủy nơng khu tưới Gia Bình 44 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Một số hình dạng mặt cắt kênh .5 Hình 1-2 Sơ đồ mạng lưới kênh tưới Hình 1-3 Hệ thống tưới truyền thống .7 Hình 1-4 Điều tiết dạng đập tràn đỉnh dài không cửa 12 Hình 1-5 Đập đỉnh dài có cửa 13 Hình 1-6 Đập đỉnh dài dạng gic giắc có cửa 14 Hình 1-7 Một số dạng đập tràn khác 14 Hình 1-8 Kết cấu điều tiết dạng cửa lật Chiếu cạnh (trái) diện thượng lưu (phải) .15 Hình 1-9 Cống điều tiết lưu lượng kênh Đơng – Củ Chi (hệ thống Dầu Tiếng) 16 Hình 1-10 Cơng trình chia nước theo tỷ lệ áp dụng cho kênh có lưu lượng lớn 17 Hình 1-11 Cơng trình chia nước theo tỷ lệ áp dụng cho kênh nội đồng 17 Hình 1-12 Cống lấy nước với lưu lượng không đổi lắp đặt đầu kênh cấp 18 Hình 1-13 Máng đo lưu lượng dạng Crump Kênh Yên Lập (trái) Kẻ Gỗ (phải) 18 Hình 1-14 Theo dõi mực nước thủy trí 19 Hình 1-15 Xác định mực nước đầu đo siêu âm (sử dụng hệ thống SCADA)19 Hình 2-1 Kênh đất không gia cố 21 Hình 2-2 Lát mái kênh bê tông đúc sẵn 24 Hình 2-3 Đổ bê tơng trực tiếp mái kênh 25 Hình 2-4 Thiết bị rải bê tơng Gomaco 27 Hình 2-5 Đổ bê tông mái kênh Ngàn Trươi ván khuôn trượt 28 Hình 2-6 Thi cơng Neoweb Dự án WB7 Quảng Nam 29 Hình 2-7 Kênh gạch xây, đá xây 29 Hình 2-8 Lát kênh lớp màng chống thấm bảo vệ miếng bê tông đúc sẵn lát bên .30 Hình 2-9 Bê tơng đúc chỗ lớp màng chống thấm 30 vii Hình 2-10 Bảo vệ mái đá lát khan khung BTCT 31 Hình 2-11 Kênh bê tông lắp ghép đoạn kênh đúc sẵn mặt cắt parabol 31 Hình 3-1 Hiện trạng cơng trình thủy lợi nội đồng khu mẫu Gia Bình 46 Hình 3-2 Sản phẩm Kênh mương bê tơng cốt thép, bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn 47 Hình 3-3 Kênh mặt cắt chữ nhật 48 Hình 3-4 Kênh mặt cắt bán nguyệt 48 Hình 3-5 Mặt cắt kênh 0,5 x 0,8m 52 Hình 3-6 Sơ đồ tính dạng 53 Hình 3-7 Sơ đồ lực tác dụng lên cấu kiện 54 Hình 3-8 Biểu đồ mơment 54 Hình 3-9 Mơ hình tính tốn 55 Hình 3-10 Môment M 11 , M max = 0,268Tm 56 Hình 3-11 Mơment M 22 , M max = -0,268m 56 Hình 3-12 Ứng suất S 11 , S = -30,010T/m2; S max = 22,973 T/m2 57 Hình 3-13 Ứng suất S 22 , S = -31,848T/m2; S max = 20,072 T/m2 57 Hình 3-14 Biến dạng U x , U max = 3,411x10-6m 58 Hình 3-15 Biến dạng U z , U max = -7,011x10-6m 58 Hình 3-16 Mơment M 11 , M max = 0,201Tm 59 Hình 3-17 Mơment M 22 , M max = -0,201Tm 59 Hình 3-18 Ứng suất S 11 , S = -22,444T/m2; S max = 18,335 T/m2 60 Hình 3-19 Ứng suất S 22 , S = -26,383T/m2; S max = 13,591 T/m2 60 Hình 3-20 Biến dạng U x , U max = 2,222x10-6m 61 Hình 3-21 Biến dạng U z , U max = -7,681x10-6m 61 Hình 3-22 Mặt cắt so sánh phương án 64 viii PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tính đến nay, khoảng 80% bảy triệu hecta đất canh tác Việt Nam mà đa phần số diện tích trồng lúa trang bị sở hạ tầng thủy lợi Các hệ thống tưới tiêu đóng góp phần đáng kể việc tăng trưởng ngành nông nghiệp, đặc biệt tăng sản lượng lương thực Tuy nhiên thực tế, có khoảng 50% diện tích canh tác hệ thống thủy lợi cấp nước cách tương đối đầy đủ Phần lại thuộc diện khơng tưới tưới bấp bênh, có không Thường hệ thống tưới, phần diện tích đầu kênh nhận nhiều nước, dẫn đến lãng phí nước gây xói mịn đất đai Trong cuối kênh lại khơng có nước, nông dân phải sử dụng biện pháp tưới thủ công, lấy nước từ kênh rạch tiêu ao hồ, nguồn nước vừa thiếu vừa bị ô nhiễm Kết suất trồng thấp không ổn định, chi phí sản xuất tăng lên làm giảm thu nhập nơng dân Có hai ngun nhân tồn Về mặt kết cấu hạ tầng, hệ thống thường thiết kế để vận hành với tồn cơng suất điều kiện nguồn nước dồi mà chưa xem xét đến việc vận hành chế độ nguồn nước không đủ cung cấp nên khó vận hành cách linh hoạt trường hợp Hầu tất hệ thống tưới Việt Nam thiết kế theo kiểu kiểm soát lưu lượng cống điều tiết ngang với chế độ chảy cánh cống vận hành thủ công Kinh nghiệm giới cho thấy hệ thống cửa van loại khó vận hành lưu lượng nước không ổn định; việc cung cấp nước không đồng không đáng tin cậy Ở cơng trình này, người vận hành khơng có khả điều chỉnh thường xuyên để đáp ứng thay đổi đột ngột nhu cầu nước Ngoài ra, hệ thống thường khơng đầu tư hồn chỉnh đồng bộ, phần nhiều thiếu kênh cấp dưới, thiếu cơng trình phân phối Về mặt quản lý vận hành, số hạn chế thiết kế nêu, nhiều hệ thống tưới chưa có quy trình vận hành bảo trì đồng đầy đủ Hàng năm, công ty quản lý thủy nơng (IMC) chưa có kế hoạch quản lý cách tồn diện mặt hoạt động cơng ty Việc xã hội hóa cơng tác tưới với tham gia tích cực người nơng dân chưa quan Nguồn tài IMC khơng đủ để đáp ứng yêu cầu tu bảo dưỡng, sửa chữa kênh Kết vòng luẩn quẩn yếu công tác bảo dưỡng xuống cấp cơng trình sở hạ tầng diễn Một số hệ thống tưới tu bổ, sửa chữa thời gian qua chủ yếu tập trung vào việc phục hồi với mục tiêu đạt tới tiêu chuẩn thiết kế ban đầu, tiêu chuẩn khơng cịn phù hợp với u cầu Trong việc quản lý, vận hành bảo trì lại chưa ý mức Điều gây tình trạng hệ thống thuỷ lợi hoạt động khơng hiệu có hiệu suất đầu tư thực tế thấp Trong tình hình phát triển kinh tế nay, nước không nhu cầu thiết yếu cho nơng nghiệp mà cịn yếu tố khơng thể thiếu nhiều ngành kinh tế khác Do vấn đề tiết kiệm nước được đặt thành yêu cầu cấp bách, đặc biệt nông nghiệp ngành hàng năm tiêu thụ khối lượng nước lớn thơng qua dịch vụ tưới Có hai giải pháp chủ yếu để tiết kiệm nước Thứ cần áp dụng cấu trồng phân bổ mùa vụ hợp lý; sử dụng loại giống tiêu thụ nước chịu hạn tốt Giải pháp thứ hai cần hoàn chỉnh hệ thống tưới theo hướng đại sở hạ tầng tổ chức quản lý, tức đại hóa hệ thống tưới Hiện đại hóa thực chất đầu tư theo chiều sâu cách áp dụng biện pháp kỹ thuật quản lý nâng cao diện tích tưới hệ thống kênh, với việc thay đổi nhận thức nước, coi nước loại hàng hóa tưới loại dịch vụ sản xuất nông nghiệp Đầu tư vào hệ thống tưới có vừa phức tạp mặt kỹ thuật, yêu cầu kinh phí khơng lớn (so với xây dựng mới) lại có tính ổn định bền vững cao Điều có ý nghĩa nói trên, Việt nam nay, 80% đất canh tác nông nghiệp có hệ thống tưới hệ thống hiệu Nhận xét: - Trường hợp kênh khơng có nước: chuyển vị lớn 7,011x10-6m - Trường hợp kênh đầy nước: chuyển vị lớn 7,681x10-6m Trong trường hợp tính, chuyển vị đáy kênh tường kênh không đáng kể Kết tính tốn theo mơ hình dạng cho mơment nhỏ so với mơ hình dạng thanh, ngun dân mơ hình dạng mơ gần trạng thái làm việc cấu kiện 3.5.2.3 Tính tốn bố trí cốt thép Cơng thức tính - A = k n nc M mb Rn b.h02 - F a =α.b.h mb Rn ma Ra Trong đó: - m b - hệ số điều kiện làm việc bê tông, với kết cấu bê tông cốt thép có chiều dày α= 0,352 =>Fa = 1,8866 cm Mmax = h= Chọn 10Φ5/m có Fa=1,963cm2 bố trí thép chịu lực, 5Φ4/m có Fa=0,628cm2 bố trí thép phân bố +/ Tính thép đáy: 0,42 Tm h0=5cm 7,0 cm A = 0,142 => α= 0,154 =>Fa = 1,5999 cm Mmax = h= Chọn 10Φ5/m có Fa=1,963cm2 bố trí thép chịu lực, 5Φ4/m có Fa=0,628cm2 bố trí thép phân bố Kết luận: bố trí thép chịu lực 10Ф5/1m Thép phân bố 5Ф4/1m 3.5.3 Tính tốn kinh tế Để so sánh mặt kinh tế, tác giả tính tốn chi phí xây dựng 100m kênh theo phương án: - Phương án 1: kênh bê tông đổ chỗ - Phương án 2: kênh bê tông đúc sẵn 63 Phương án kênh bê tông đúc sẵn Phương án kênh bê tông đổ chỗ Hình 3-22 Mặt cắt so sánh phương án 64 BẢNG DỰ TỐN HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH PHƯƠNG ÁN ĐỔ BÊ TÔNG TẠI CHỖ Mã số STT Đơn giá Tên công tác / Diễn giải khối lượng Đơn vị Khối lượng Vật liệu Đơn giá Nhân công Thành tiền Máy T.C Vật liệu Nhân công Máy thi công HM HẠNG MỤC 1 AF.11223 Bê tông sản xuất máy trộn - đổ thủ công, bêtông móng, đá 1x2, chiều rộng >250 cm, mác 200 m3 204, 383.166, 99.615, 17.618, 78.165.864, 20.321.460, 3.594.072, AF.12113 m3 320, 440.018, 195.154, 24.144, 140.805.760, 62.449.280, 7.726.080, AF.81111 100m2 6,0041 2.123.273, 746.082, 12.748.343,4 4.479.550,9 0, AF.81311 Bê tông sản xuất máy trộn - đổ thủ công, bê tông tường thẳng, đá 1x2, chiều dày