Thiết kế công trình thủy lợi hồ Quỳnh - Bắc Giang

Tình hình kinh tế xã hội 1. Điều kiện về dân sinh

Mặt khác do rừng đầu nguồn song Sỏi bị tàn phá chỉ còn trơ đất trống dồi trọc nên cùng với tình trạng các hồ cạn nước là nguồn nước sông Sỏi về mùa cạn cũng không đủ cấp nươc cho các trạm bơm tưới. Mặc dầu có tiềm năng lớn nhưng công nghiệp của Yên Thế vẫn kém phát triển, hầu như chưa có gì đáng kể ngoài 2 xí nghiệp xi măng Bố Hạ và Lâm Nghiệp ở gần khu tưới với sản lượng hàng năm từ 40.000 đến 60.000taans, một só xí nghiệp gạch ngói, vôi, chế biến nông lâm sản và cơ khí nhỏ.

Phương hướng phát triển của vùng

Tuyến đường quan trọng nhất là tỉnh lộ 265 nối liền quốc lộ 1A tại Kép và quốc lộ 1B tại Đồng Hỷ qua hầu hết các xã của Yên Thế với tổng chiều dài 31 km. Hầu hết cá đường bộ kể cả đường cấp quốc gia và cấp tỉnh đi qua đều có chất lượng xấu, đi lại trong mùa mưa rất khó khăn.

Nhu cầu dùng nước của vùng và nhiệm vụ công trình

Mặc dầu tỷ lệ diện tích các loại cây trồng ở mỗi tuyến kênh có khác nhau nhưng do vùng nghiên cứu không lớn, nhaanh dân có cùng tập quán canh tác nên trong tính toán đã sử dụng cùng một tỷ lệ diện tích cho từng tuyến kênh và cả hệ thống. Căn cứ vào hiện trạng và phương hướng phát triển kinh tế xã hội của vùng cũng như khả năng nguồn nước của sông Sỏi, phương án sử dụng đất để xác định nhu cầu cấp nước và tính toán điều tiết hồ Quỳnh là phương án 4.

QUY MÔ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 2.1. Cấp công trình

- Dâng cao đầu nước đến cao độ thỏa mãn yêu cầu lấy nước sông Sỏi và các hồ sẽ xây dựng trên sông Sỏi để tưới cho hệ thống. Các công trình thủy lợi nhỏ đã xây dựng ở khu vực này có thể tưới 430ha, chỉ còn 811 ha gần phía đập dâng là chưa có nguồn nước tưới.

THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN 3.1.Tính toán điều tiết lũ

Xác định các kích thước cơ bản

Khi bề rộng tràn tăng lên thì cao trình đỉnh đập không tràn hạ xuống và ngược lại.Khi bề rộng tràn tăng thì giá thành hạng mục tràn tăng lên nhưng giá thành đập không tràn giảm xuống trong chương này ta thiết kế đập chắn nước và tràn lòng sông từ đó chọn ra phương án để thiết kế kỹ thuật. Ở đây đỉnh đập không có yêu cầu về giao thông nên theo điều kiện cấu tạo và thi công ta chọn chiều rộng đỉnh đập là Bđ = 6,0 (m). Độ dốc mái phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất nền… Khi thiết kế phải thông qua tính ổn định để chọn mái. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án ta có thể tính toán hệ số mái dốc của đập theo công thức :. Trong đó H là chiều cao đập tại vị trí cao nhất. Do ở hạ lưu ta bố trí đống đá tiêu nước, khi đó chênh lệch giữa cao trình đỉnh đống đá và đỉnh đập là không lớn nên ta không cần bố trí cơ hạ lưu. Đoạn lòng sông và thềm sông đống đá tiêu nước ở chân mái hạ lưu chọn hình thức là lăng trụ đá đổ. Sau khi tinh toán nước xả qua tràn, nếu mực nước hạ lưu lớn, cao trình đỉnh vật thoát nước quá cao so với đáy hạ lưu, ta chỉ cần làm lăng trụ thoát nước dến dộ cao nhất định, phần còn lại làm đá ốp mái. Đoạn sườn đồi do hạ lưu không có nước nên chỉ cần ốp mái. Hình 3.4- Cấu tạo đống đá tiêu nước ở hạ lưu đoạn lòng sông. - Bảo vệ mái hạ lưu : Với 2 phương án Btr khác nhau ta đều chọn hình thức bảo vệ mái hạ lưu là trồng cỏ. Phủ một lớp đất mầu dày 10 cm, trên đó trồng các ô cỏ nằm giữa có hệ thống các rãnh thoát nước mái hạ lưu. - Bảo vệ mái thượng lưu : Mái thượng lưu chịu tác dụng của nhiều yếu tố phức tạp như sóng gió,sự thay đổi nhiệt độ,lực thấm thuỷ động khi mực nước hồ rút nhanh…nên cần gia cố cẩn thận để tránh sự phá hoại của các yếu tố nêu trên. Phần gia cố mái thượng lưu có thể được làm bằng các tấm bê tông mác M200 hoặc bằng đá lát khan. TB chống thấm Đập đồng chất Đập đồng chất Đậpđồngchất TB thoát nước Lăng trụ Lăng trụ Lăng trụ Bảo vệ mái TL. Tấm BT hoặc đá lát khan. Tấm BT hoặc đá lát khan. Tấm BT hoặc đá lát khan Bảo vệ mái HL Trồng cỏ Trồng cỏ Trồng cỏ. Cấu tạo tràn:. Căn cứ vào bình đồ khu vực đầu mối sau khi lựa chọn tuyến đập. Ta bố trí tuyến tràn ở bên bờ trái của đập trên một yên ngựa, cách vai đập chính khoảng 120m về phía đông bắc, nằm trên địa hình xâm thực tạo bởi lớp phủ là dất tàn tích eQ phong hóa từ đá bột kết, sét kết. Do đặc điểm địa hình thấp, cao trình ngưỡng tràn ở cốt +30 m nên đầu đập phải có hình dạng thực dụng để hạ đầu nước sau tràn từ cao trình MNSC xuống mực nước hạ lưu tràn là +22 m. Nối tiếp tràn với hạ lưu có thể chọn theo các phương án bố trí sau : + Phương án I : Nối tiếp sau tràn là dốc nước. + Phương án II : Nối tiếp sau tràn là bậc nước. + Phương án III : Nối tiếp sau tràn là dốc nước kết hợp với bậc nước. Ở đây theo mặt cắt dọc tự nhiên của tuyến tràn ta thấy dọc theo tuyến tràn độ dốc mặt đất tự nhiên có độ dốc nhỏ và không có sự thay đổi lớn , chỉ khoảng 1,5% nên ta làm dốc nước là hợp lý. Dốc nước là một đoạn kênh hở có độ dốc lớn nối tiếp sau ngưỡng tràn để đưa nước xuống hạ lưu. Dốc nước có các bộ phận sau :. - Cửa vào : cửa vào của dốc nước thường là đập tràn đỉnh rộng, đập tràn thực dụng, đập tràn khe hở. - Đoạn chuyển tiếp : là đoạn nối giữa cửa vào và thân dốc, thường có mặt cắt thu hẹp dần và có độ dốc đáy bằng độ dốc đáy của thân dốc. - Thân dốc : thường có mặt cắt chữ nhật hoặc hình thang, độ dốc đáy tuỳ thuộc vào vật liệu làm thân dốc thường lấy khoảng từ 0,01 0,2. - Bộ phận tiêu năng : là bộ phận tiêu huỷ hết năng lượng thừa mà dòng chảy mang theo và đảm bảo hạ lưu không bị xói lở. Trong đồ án này em thiết kế dốc nước có cửa vào là đập tràn đỉnh rộng, không có đoạn chuyển tiếp trong dốc, thân dốc có mặt cắt hình chữ nhật độ dốc i = 1,5% và bộ phận tiêu năng ngay sau thân dốc là bể tiêu năng.  Mục đích tính toán thuỷ lực dốc nước :. Tính toán thuỷ lực trên dốc nước chủ yếu xác định được đường mặt nước trong dốc, hoặc là chiều sâu của nước trong dốc, để từ đó thiết kế chính xác được chiều cao của tường bên, tính được lưu tốc trên dốc, điều kiện thủy lực trước khi vào bể tiêu năng. Phương trình cơ bản để tính đường mặt nước trong dốc là : j. l : chiều dài đoạn tính toán. Ở đây dốc nước không có đoạn chuyển tiếp thu hẹp dần do đó ta chỉ trình bày các bước tính toán đối với dốc nước có bề rộng không đổi.  Định tính xác định dạng đường mặt nước trên dốc :. + Tại cửa vào, nếu cửa vào không có ngưỡng ta kiểm tra độ dốc của dốc tại mặt cắt cửa vào. Nếu i > ik thì dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết mà ngưỡng tràn thường có độ dốc rất nhỏ hoặc bằng không nên dòng chảy qua tràn là dòng chảy êm, vì vậy khi dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy êm sang trạng thái chảy xiết thì dòng chảy sẽ qua trạng thái phân giới. Do đó độ sâu dòng chảy tại đầu dốc bằng độ sâu phân giới hk. Trường hợp i < ik. thường không xảy ra đối với dốc nước. + Trường hợp cửa vào có ngưỡng thấp. Trong trường hợp này độ sâu co hẹp sau ngưỡng hc > h0 nên trong dốc có đường nước đổ b2. + Trường hợp cửa vào có ngưỡng cao. Khi đó độ sâu co hẹp sau ngưỡng hc < h0 nên trong dốc có đường nước dâng và độ sâu dòng chảy ở đầu dốc là độ sâu co hẹp hc.  Tính toán cụ thể và vẽ đưòng mặt nước trong dốc :. Đối với dốc nước, dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết nên đường mặt nước được tính từ đầu dốc về đến cuối dốc. + Tính độ sâu dòng đều h0và độ sâu phân giới hk trên dốc. + Chia dốc thành nhiều đoạn nhỏ để tính. + Có độ sâu dòng chảy tại mặt cắt đầu dốc h1, giả thiết độ sâu dòng chảy tại mặt cắt sau h2.   , lấy h2 đó làm giá trị độ sâu đầu đoạn sau và tính toán tương tự như đối với đoạn 1 tính như vậy đến khi tổng chiều dài tính toán li bằng chiều dài dốc nước Ld thì dừng lại. Có các giá trị độ sâu dòng chảy tại các mặt cắt ta vẽ được đường mặt nước trên dốc. Ta tính toán với 3 phương án Btràn , với lưu lượng xả lấy là qxả max trong tính toán điều tiết lũ. Bề rộng dốc nước lấy bằng Btr + bề rộng các mố trụ. * Kiểm tra dạng đường mặt nước và độ sâu đầu đoạn dốc : - Độ sâu phân giới tại mặt cắt cửa vào của dốc. - Xác định độ sâu dòng đều trong dốc :. Dùng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực để tính :. Tính độ sâu co hẹp hc sau tràn:. Ta thấy hc < h0 nên đường mặt nước trong dốc là đường nước dâng. * Tính và vẽ đường mặt nước trên dốc : + Chia dốc thành nhiều đoạn nhỏ để tính.   , lấy h2 đó làm giá trị độ sâu đầu đoạn sau và tính toán tương tự như đối với đoạn 1 tính như vậy đến khi tổng chiều dài tính toán li bằng chiều dài đoạn dốc nước Ld = 84 m thì dừng lại. Có các giá trị độ sâu dòng chảy tại các mặt cắt ta vẽ được đường mặt nước trên dốc.  Tính toán đường mặt nước trong dốc có kể đến hàm khí :. Dòng chảy trên thân dốc có tốc độ tương đối lớn, do đó mặt nước bị trộn khí và chiều sâu dòng chảy có tăng lên một ít. Tính đường mặt nước có hàm khí nhằm mục đích xác định chiều cao tường, đảm bảo không cho nước tràn ra hai bên tường. Dòng chảy trong thân dốc có kể đến hàm khí tính theo công thức đơn giản sau đây : ).

Tính toán khối lượng giá thành các hạng mục công trình ứng với các phương án Mục đích tính khối lượng, giá thành

Để đơn giản trong tính toán nhưng vẫn đảm bảo được mức độ tin cậy, ta có thể bỏ qua những hạng mục công trình có khối lượng thay đổi không nhiều và đơn giá thấp vì giá thành không chênh lệch nhiều lắm giữa các phương án không làm ảnh hưởng lớn đến chênh lệch giá thành chung của công trình thì ta không xét đến như : Cống ngầm lấy nước, đập phụ, cầu công tác, cầu giao thông, …. Do chênh lệch của các khối lượng các bộ phận bảo vệ mái thượng hạ lưu giữa các phương án là không lớn nên không ảnh hưởng nhiều đến việc lựa chọn phương án kinh tế, do đó trong phần này ta không cần tính đến khối lượng các bộ phận này mà chỉ tinh khối lượng đất đắp đập và đất cần bóc làm móng.

TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ CHO PHƯƠNG ÁN CHỌN

Từ biểu đồ đó ta xác định được giá trị Btr mà ứng với nó giá thành xây dựng công trình là nhỏ nhất đồng thời vẫn đảm bảo được điều kiện về mặt kỹ thuật. Do đó, căn cứ vào đồ thị (Btr ~ K) ta xác định được chiều rộng Btr = 24m là giá trị có giá thành xây dựng công trình nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo được yêu cầu về kỹ thuật.

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

Tính thấm qua đập 1.Mục đích

 Gradien thấm của dòng thấm trong thân đập và nền,chỗ dòng thấm đi vào bộ phận tiêu nước ở hạ lưu,chỗ tiếp xúc giữa các lớp đất có đặc trưng khác nhau,ở mặt tiếp xúc của các kết cấu chống thấm,ở vị trí đi ra của dòng thấm.  Mặt cắt lòng sông : sau khi bóc bỏ lớp 3 thì nền đập là đá.Vì vậy mô hình tính toán của mặt cắt lòng sông là đập đồng chất trên nền không thấm,có lăng trụ thoát nước hạ lưu.

Tính toán ổn định đập đất

Trên đoạn AB giả định các tâm O1,O2,O3 …Vạch các cung trượt đi qua điểm Q1,tính các hệ số an toàn K1,K2,K3 … cho các cung trượt tương ứng,vẽ biểu đồ quan hệ Ki và vị trí Oi,từ đó xác định được Kmin ứng với tâm O trên đường thẳng MM1.Từ vị trí tâm O ứng với Kmin,kẻ đường thẳng NNMM1.Trên đường NN lại lấy các tâm O khác,vạch các cung trượt đi qua Q1 ,tính K ứng với các cung này,vẽ biểu đồ trị số K theo tâm O,xác định được trị số Kmin ứng với Q1. Dùng công thức của N.M.Ghecxêvanốp với giả thiết xem khối trượt là một vật thể rắn và như vậy có thể chuyển áp lực thấm thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng tâm.

THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC

Thiết kế kênh hạ lưu cống

Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đất đã có, sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định được chiều dài cống (đoạn trước cửa van, sau cửa van), làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực cống. Để sơ bộ xác định chiều dài cống, có thể chọn cao trình đáy cống cao hơn cao trình bùn cát lắng đọng và thấp hơn MNC; sơ bộ chọn cao trình đáy cống là +27,0m. Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính toán thuỷ lực sau này. Độ sâu nước cuối kênh tương ứng với độ sâu dòng đều h0. Kết quả tính h0 như sau:. Bảng 7.1- Kết quả tinh dòng đều trong kênh xả sau công:. a)Mặt cắt đầu kênh b) Mặt cắt cuối kênh Hình 7.2- Mặt cắt kênh sau công. Trị số bc được tìm bằng phương pháp đúng dần: Giả thiết bc tính các trị số tổn thất sau đó thử lại theo điều kiện (*).

Kiểm tra trạng thái chảy trong cống 1. Trường hợp tính toán

- Nước nhảy không chạm trần cống : trường hợp này ít nguy hiểm hơn nên có thể chấp nhận để 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. Như vậy : nước nhảy không chạm trần cống, do đó ta chấp nhận có nước nhảy trong cống và phải gia cố tốt các khớp nối trong đoạn có nước nhảy để đảm bảo cho cống làm việc an toàn.

Chọn cấu tạo cống 1. Cửa vào và cửa ra

Trước khi đổ bê tông cống ta đổ một lớp bê tông lót M50 dày 10(cm) ở mặt tiếp xúc giữa cống và nền. 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.

THIẾT KẾ MẶT BẰNG THI CÔNG VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG 8.1. khối lượng xây lắp

CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM

Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế .1 Tài liệu cơ bản

Cống dạng cống hộp,được làm bằng bê tong cốt thép M200, mặt cắt ngang có các kích thước như hình 9.1. - Kết cấu cống phải đủ khả năng chịu lực ( không vượt quá giới hạn về cường độ và ổn định ) trong quá trình làm việc.

Xác định nội lực cống ngầm 1 Mục đích tính toán

Thông qua tính toán nội lực chúng ta sẽ biết được chính xác các giá trị nội lực ở các vị trí cống khác nhau, phục vụ cho tính toán bố trí cốt thép sau này. : Lấy dấu dương khi từ trục thanh quay thuận chiều kim đồng hồ về đường biểu diễn mô men (đường thẳng nối hai tung độ tạiA và B) một góc nhỏ hơn 90o, ngược lại.

Tính toán cốt thép

Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng của cấu kiện có thể được tiến hành theo phương pháp đàn hồi hoặc phương pháp trạng thái giới hạn. Với cốt thép ngang trong cống ta thường chỉ bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta chỉ tính toán và bố trí cốt thép xiên cho cống (không tính toán và bố trí cốt thép ngang cho cống).