Giáo trình thủy công 1- Đại học bách khoa Đà Nẵng

Giáo trình thủy công 1- Đại học bách khoa Đà Nẵng

Chương Khái niệm chung công trình Thuỷ lợi 1.Vai trò Thuỷ lợi kinh tế Quốc dân Đặt vấn đề: - Nước yếu tố thiếu sống Trái đất đóng vai trò lớn kinh tế quốc dân nước Ví dụ: Sử dụng lượng nước để phát điện, dùng nước tưới ruộng, nuôi cá, lợi dụng nước để vận tải giao thông thuỷ dùng nước để phục vụ cho sinh hoạt khác người - Trữ lượng nước trái ®Êt rÊt lín, kho¶ng 1,5 tû km ®ã 90% nước đại dương biển, lại nước lục địa Song nước phân bố không theo không gian phân phối không theo thời gian Mặt khác nước gây nhiều tác hại to lớn cho kinh tế Quốc dân người như: nạn lũ lụt, ngập úng hay xói lỡ bờ sông - Vì muốn lợi dụng tài nguyên dòng nước phục vụ cho kinh tế Quốc dân đời sống người, phải nghiên cứu tìm biện pháp công trình lợi dụng ích lợi dòng nước chống lại tác hại Chính từ ngành khoa học Thuỷ lợi đời theo yêu cầu người việc sử dụng nguồn nước với phát triển khoa häc kh¸c nh­ to¸n, vËt lý, ho¸ häc, thủ văn, địa chất, thuỷ lực, kết cấu, vật liệu xây dựng Những công trình xây dựng nhằm sử dụng tài nguyên nước chống lại tác hại gọi công trình thuỷ lợi Căn vào mục đích chủ yếu trên, xây dựng công trình Thuỷ lợi bao gồm lĩnh vực sau : Thuỷ điện : lợi dụng lượng nước sông biển để phát điện Thuỷ nông : dùng biện pháp thuỷ lợi để phát triển nông nghiệp (như tưới, tiêu, chống xói mòn, chống chua mặn, chống bạc màu) Giao thông thuỷ : cải thiện lợi dụng sông, hồ , biển để phát triển giao thông thuỷ Cấp thoát nước cho sở sản xuất công nghiệp vùng dân cư Trị thuỷ: chỉnh trị dòng sông- chống lụt, chống xói lỡ bồi lắng hệ thống sông Nuôi trồng thuỷ sản: làm hồ nuôi cá, cấp nước cho nuôi trồng thuỷ sản, đường cá Ngoài thuỷ lợi có nhiệm vụ khác cải tạo môi trường môi sinh, tạo nên khu an dưỡng, khu nghỉ mát Đặc điểm công trình Thuỷ lợi vấn đề lợi dụng tổng hợp Đặc điểm công trình thuỷ lợi làm việc nước nên chịu tác dụng nước tác dụng học, hoá lý, thấm, tác dụng vi sinh vật dân sinh kinh tế A Đặc điểm công trình thuỷ lợi Tác dụng nước công trình thuỷ lợi: a Tác dụng học nước Công trình thuỷ lợi chịu tác dụng áp lực thuỷ tĩnh động Ngoài cần phải kể đến áp lực sóng xuất sóng tác động nước có động đất Dòng chảy qua công trình tháo (đập tràn, cống tháo nước) mang xuống hạ lưu lượng lớn, làm xói lở mÃnh liệt bờ đáy sông đất hay đá Vì hạ lưu công trình cần có biện pháp tiêu để bảo vệ hạ lưu công trình lòng sông (hình 1-1) Hình 1-1: Biện pháp giảm thấm tiêu hạ lưu công trình đất 1-Thân đập; 2-Cửa van; 3-Sân trước; 4-Sân tiêu năng; 5-Sân sau; 6, 7, 8-Cừ b Tác dụng thấm Khi công trình tạo độ chênh lệch cột nước thượng hạ lưu xuất dòng thấm qua bờ Dòng thấm qua gây nên áp lực thấm, nước, xói ngầm hoá học, xói ngầm học, đẩy trồi đất Để tránh tác hại ta áp dụng biện pháp kéo dài đường viền thấm làm sân phủ phía thượng lưu (sân trước), cừ chống thấm, màng chống thấm (hình 1-1) c Tác dụng hoá lý nước Nước tác dụng lên vật liệu làm công trình đất làm cho bề mặt bị bào mòn Sự ăn mòn nước kim loại, bê tông, đá, gỗ xảy nước có tính xâm thực Dòng chảy có lưu tốc lớn sinh vùng có chân không dẫn đến tượng khí thực Hiện tượng xói ngầm học hoá học xảy công trình dòng thấm d Tác dụng sinh vật Một số sinh vật sống nước gây tác dụng không tốt công trình hà ăn làm mục nát gỗ Ngoài có số vi khuẩn xâm nhập vào vật liệu, có loại côn trùng gặm đá bê tông công trình Điều kiện thiết kế thi công - Điều kiện thiết kế: Các điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, khí hậu, thuỷ văn) dân sinh kinh tế có tác dụng định đến việc chọn hình thức, kết cấu, kích thước bố trí công trình hệ thống Do điều kiện thiết kế ảnh hưởng đến giá thành người thiết kế phải thận trọng phân tích điều kiện cách kỷ lưởng Hơn điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn dân sinh kinh tế vùng xây dựng khác việc thiết kế công trình thuỷ lợi theo mẩu mực định sẵn - Điều kiện thi công: Thi công công trình thuỷ lợi vô phức tạp diện thi công rộng, địa hình phức tạp, nước xuyên bị nước uy hiếp, phải dẫn dòng thi công để làm công tác hố móng- xây dựng công trình Mặt khác việc thi công công trình thuỷ lợi phải đảm bảo liên tục, tiến độ đòi hỏi phương án xữ lý thi công phức tạp tốn Khối lượng công trình thuỷ lợi lớn nên vốn đầu tư lớn thời gian thi công dài người thi công phải có phương án chuẩn bị nguyên vật liệu cách đầy đủ, xác cho thời kỳ ảnh hưởng công trình thuỷ lợi khu vực lân cận Có thể nói loại công trình xây dựng xong lại làm thay đổi lớn điều kiện kinh tế thiên nhiên khu vực công trình thuỷ lợi - Khi có công trình thuỷ lợi hình thành khu vực công nghiệp, thành phố, đường giao thông khu dân cư - Các công trình dâng nước tạo hồ chứa làm ngập lụt vùng rộng lớn thượng lưu làm thay đổi khí hậu vùng Mực nước ngầm dâng lên ảnh hưởng đến sinh trưởng trồng vùng tạo điều kiện phát triển kinh tế tốt Những hậu to lớn công trình thuỷ lợi bị hư hỏng Các công trình thuỷ lợi với đập dâng nước giữ khối lượng n­íc rÊt lín víi cét n­íc rÊt cao – bị hư hỏng khối lượng nước khổng lồ đỗ hạ lưu với lưu tốc lớn làm thiệt hại đến tính mạng tài sản nhân dân, làm tê liệt hư hỏng khu công nghiệp, nông nghiệp phạm vi lớn, làm đình trệ giao thông vận tải thuỷ Ví dụ: - Đập trọng lực Francis Mỹ hỏng năm 1928 làm cho 450 ngưòi chết - Đập vòm Manpasset Pháp hỏng năm 1959 đà phá huỷ Thành phố Frêjus 500 người chết - Gần đập vòm Vaiong ý hỏng năm1963 làm 3000 người chết - ë ViƯt Nam cịng ®· cã sù cè ®Ëp Suối Trầu (Khánh Hoà) tháng 11/1977 tháng 11/1978, đập Suối Hành tháng 12/1986, đập Am Chúa tháng 10/1992 Khánh Hoà đập Dầu Tiến (Tây Ninh) cố tháng 1/1986 xảy cửa tràn xả sâu, hồ tích nước chưa đầy thiết kế chưa tổ hợp lực nên làm việc, liên kết tai trụ đỡ van khung thép néo dà bị phá vỡ làm cắt đứt trụ pin, phá hỏng cửa tràn, gây lũ nhân tạo mùa khô hạ du sông Sài Gòn, thiệt hại tài sản lớn Vậy ta thấy tổn thất công trình thuỷ lợi hư hỏng thường lớn nhiều so với vốn đầu tư xây dựng Cho nên người kỹ sư thuỷ lợi cần phải nhận thức đầy đủ tầm quan trọng công trình hậu cố để nâng cao ý thức trách nhiệm công tác khảo sát, thiết kế xây dựng quản lý công trình thuỷ lợi B Vấn đề lợi dụng tổng hợp thiết kế xây dựng công trình thuỷ lợi Nước thiên nhiên đồng thời sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, việc lợi dụng tổng hợp nguyên tắc khai thác nguỗn nước Khi khai thác nguồn nước cần ý đặc điểm sau: - Khi dù kiÕn khai th¸c ngn n­íc cho mét mục đích cần đồng thời nghiên cứu phục vụ cho mục đích khác Ví dụ: xây dựng trạm Thuỷ điện cần kết hợp tưới ruộng, vận tải, phòng lũ nuôi cá - Trong biện pháp khai thác cần tính đến khả khai thác triệt để lâu dài để đáp ứng mở rộng sản xuất tương lai - Cần phải nghiên cứu lợi dụng công trình sẵn có tránh làm gián đoạn công trình đựợc khai thác - Việc khai thác triệt để nguồn nước theo nguyên tắc lợi dụng tổng hợp vô phức tạp lúc thoả mản nhu cầu dùng nước nhiều ngành [ vídụ: tưới nước, không đảm bảo phát điện bình thường không đủ nước để đảm bảo vấn đề giao thông ] phải dựa vào nguyên tắc ưu tiên cho ngành trọng điểm ý thích đáng đến ngành khác - Việc lợi dụng tổng hợp phụ thuộc vào chế độ xà hội mức độ phát triển kinh tế nước [ việc khai thác nguồn nước đụng chạm đến nhiếu ngành kinh tế khác nước] Phân loại giai đoạn thiết kế công trình thuỷ I Phân loại Để phục vụ mục đích khác tuỳ theo điều kiện tự nhiên vùng xây dựng khác nhau, thực tế có nhiều loại công trình thuỷ công kết cấu chúng khác Để tiện cho việc nghiên cứu ta cần phân loại công trình thuỷ lợi theo số đặc tính: Theo ngµnh phơc vơ gåm cã + + + + + Công trình thuỷ nông Công trình thuỷ điện Công trình vận tải thuỷ Công trình cấp thoát nước Công trình phục vụ thuỷ sản Theo chức cụ thể công trình + Công trình dâng nước: Ngăn dòng chảy- dâng nước ( ví dụ: đập ngăn sông, cống điều tiết nước, cống ngăn triều, đê biển, đê sông) + Công trình lấy nước: lấy nước từ sông, hồ phục vụ cho ngành dùng nước (các cống lấy nước, trạm bơm ) + Công trình tháo nước: dùng để tháo nước từ hồ chứa, từ đồng sông ( ví dụ: đường tràn lũ, cống tháo nước, cống tiêu) + Công trình dẫn nước: Dùng để dẫn nước từ nơi đến nới khác (kênh, xi phông, cầu máng, đường hầm v.v ) + Công trình chỉnh trị sông: loại đê, kè chắn sóng để điều chỉnh biến hình dòng sông theo hướng có lợi Theo thời gian sử dụng + Công trình dâu dài: loại công trình sử dụng thường xuyên định kỳ suốt trình khai thác Tuỳ thuộc vào chức năng, công trình lâu dài chia thành công trình chủ yếu công trình thứ yếu : - Công trình chủ yếu : công trình mà hư hỏng chúng ảnh hưởng trực tiếp đến việc bình thường công trình đầu mối hệ thống, làm cho chúng không đảm nhận nhiệm vụ thiết kế đặt (đê, đập, công trình nhận nước, kênh dẫn, tháp điều áp,) - Công trình thứ yếu : công trình mà hư hỏng chúng không ảnh hưởng đến làm việc bình thường công trình đầu mối hệ thống, phục hồi thời gian ngắn (tường phân cách, công trình xả dự phòng, công trình gia cố bờ nằm cụm đầu mối,) + Công trình tạm thời: Là loại công trình sử dụng thời kỳ xây dựng dùng để sửa chữa công trình lâu dài trình khai thác(ví dụ : đê quai, kênh dẫn dòng, xả lưu lượng thi công, cầu tạm, ) Theo vị trí xây dựng + Cụm đầu mối công trình thuỷ lợi : tổ hợp hạng mục công trình thuỷ tập trung vị trí khởi đầu hệ thống dẫn, thoát nước; làm chức cấp thoát nước, điều tiÕt, khèng chÕ, ph©n phèi n­íc + HƯ thèng dÉn, thoát nước : tổ hợp mạng lưới đường dẫn công trình liên quan có mặt dự án Theo kết cấu vật liệu xây dựng + + + + + Công trình đất Công trình đá Công trình bê tông Công trình gỗ Công trình dùng vật liệu tổng hợp Theo lực phục vụ theo đặc tính kỹ thuật hạng mục công trình Đây cách phân loại quan trọng nhất, công trình thuỷ lợi phân thành năm cấp tuỳ theo quy mô, địa điểm xây dựng công trình, mức độ ảnh hưởng chúng đến phát triển kinh tế xà hội, an ninh quốc phòng,cũng tác động tiêu cực đến tài nguyên, môi trường, tổn thất người tài sản rủi ro gây Sự khác cấp thiết kế thể hệ số an toàn chung công trình qui định khảo sát thiết kế + Phân cấp theo đặc tính kỹ thuật hạng mục công trình (TCXD VN285 : 2002) Loại công trình Đập vật liệu đất, đất - đá có chiều cao lớn nhất, m Đâp bê tông, bê tông cốt thép loại công trình thuỷ chịu ¸p kh¸c cã chiỊu cao, m T­êng ch¾n cã chiều cao, m Loại đất A B C A B C >100 >75 >50 >100 >50 >25 >70100 >3575 >2550 >60100 >2550 >2025 A B C >40 >30 >25 >2540 >2030 >1825 I CÊp thiÕt kÕ II III IV V >2570 >1535 >1525 >2560 >1025 >1020 >1025 >815 >815 >1025 >510 >510 10 8 8 10 5 5 >1525 >1220 >1018 >815 >512 >48 8 5 4 Hå chøa cã dung tÝch, >1000 >2001000 >20200 >120 1 10 m Chó thÝch : §Êt nỊn chia thành ba nhóm điển hình : Nhóm A : Nền đá Nhóm B : Nền đất cát, đất khô, đất sét trạng thái cứng nửa cứng Nhóm C : Nền đất sét bÃo hoà nước trạng thái dẻo Chiều cao công trình tính sau : - Với đập vật liệu đất, đất-đá : Chiều cao tính từ mặt thấp sau dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập - Với đập bê tông loại công trình xây đúc chịu áp khác : Chiều cao tính từ đáy chân khay thấp đến đỉnh công trình + Phân cấp công trình theo lực phục vụ (TCXD VN285 : 2002) Loại công trình thuỷ lợi I 50 Cấp thiết kÕ II III IV