- Sơ đồ tớnh toỏn dẫn dũng qua lũng sụng thu hẹp.
3.1.1.Thiết kế tiờu nước hố múng.
CHƯƠNG 3 THI CễNG ĐẬP ĐẤT
3.1.1.Thiết kế tiờu nước hố múng.
* Mục đớch:
- Do trong quỏ trỡnh thi cụng đập thỡ nước liờn tục thấm vào hố múng, hoặc khi thi cụng trong mựa mưa thỡ lượng nước mưa tập trung vào hố múng cũng khỏ lớn. Để đảm bảo điều kiện thi cụng được bỡnh thường thỡ cần phải liờn tục bơm nước từ hố múng ra ngoài họăc cú biện phỏp tập trung nước ngoài phạm vi hố múng.
* Nhiệm vụ:
- Nhiệm vụ của thiết kế tiờu nước hố múng là:
- Chọn phương phỏp tiờu nước thớch hợp với từng thời kỳ thi cụng. - Xỏc định lưu lượng, cột nước cần tiờu từ đú chọn cỏc thiết bị tiờu nước. - Bố trớ hệ thống tiờu nước và thiết bị thớch hợp với từng thời kỳ thi cụng. 3.1.1.1. Đề xuất và chọn phương ỏn tiờu nước hố múng
- Để tiờu nước hố múng thường dựng hai phương phỏp cơ bản là: Tiờu nước trờn mặt và hạ thấp mực nước ngầm.
- Phương phỏp tiờu nước trờn mặt: Phương phỏp này thường được dựng trong cỏc trường hợp sau:
- Hố múng ở vào tầng hạt thụ, hệ số thấm tương đối lớn.
- Đỏy hố múng ở trờn tầng tương đối dày, hoặc khụng cú tầng nước ngầm ỏp lực. - Tiờu nước trờn mặt thớch hợp với phương phỏp đào múng từng lớp một.
- Phương phỏp này cú ưu điểm là đơn giản, dễ làm và rẻ tiền. Tuy nhiờn, nú cú hạn chế là diện tớch bố trớ lớn ảnh hưởng đến mặt bằng cụng trỡnh nhất là cỏc cụng trỡnh cú mặt bằng hẹp. Ngoài ra, tiờu nước trờn mặt khụng thể hạ thấp mực nước ngầm quỏ sõu nờn với những cụng trỡnh cú đỏy sõu thỡ nước ngầm gõy ảnh hưởng đến thi cụng. Nước thấm thoỏt ra trực tiếp trờn mỏi hố múng dễ gõy ra sạt lở
*Phương phỏp hạ mực nước ngầm: Phương phỏp này thường được ỏp dụng trong cỏc trường hợp sau:
- Hố múng rộng ở vào tầng đất cú hạt nhỏ, hệ số thấm nhỏ.
- Đỏy hố múng trờn nờn khụng thấm tương đối mỏng, dưới là tầng nước cú ỏp lực.
- Khi thi cụng, yờu cầu phải hạ thấp mực nước ngầm.
- Phương phỏp này cú nhiều ưu điểm như: Làm cho đất trong hố múng khụ rỏo, tạo điều kiện thuận lợi cho thi cụng. Do sự vận động của nước ngầm mà đất nền được cố kết và chặt thờm, giảm khối lượng đào múng do mỏi hố múng nhỏ. Tuy nhiờn, phương phỏp này cú nhược điểm lớn là thi cụng phức tạp, giỏ thành cao, yờu cầu thiết bị và nhõn lực cú kỹ thuật cao.
- Do nền đập là tầng sột cú hệ số thấm lớn, địa hỡnh cao nờn giải phỏp hạ mực nước ngầm là rất tốn kộm và thi cụng giếng thu nước khú khăn. Mặt khỏc, trong khi thi cụng khụng yờu cầu phải hạ thấp mực nước ngầm đồng thời tuyến đờ quai bố trớ khụng quỏ gần tuyến đập nờn mặt bằng hố múng đảm bảo khụng gian cho việc bố trớ cỏc thiết bị thoỏt nước. Từ cỏc phõn tớch trờn ta chọn phương ỏn tiờu nước trờn mặt để thuận lợi cho thi cụng và giảm chi phớ cho cụng trỡnh.
3.1.1.2. Xỏc định lượng nước cần tiờu.
a. Thời kỳ đầu.
- Đõy là thời kỳ sau khi đó ngăn dũng và trước khi đào múng. Sau khi ngăn dũng thỡ hố múng chứa đầy nước, mực nước ngang với mực nước sụng bờn ngoài. Việc thỏo lượng nước đọng này đi là giai đoạn đầu tiờn của cụng tỏc tiờu nước hố múng.
- Trong thời kỳ này thỡ cú cỏc loại nước đọng ban đầu trong hố múng, nước thấm qua đờ quai và nước mưa.
Lưu lượng nước cần tiờu trong thời kỳ đầu là:
Q = Qđọng + Qthấm + Qmưa Trong đú:
- Qđọng - Lưu lượng nước đọng (m3/h) Qđ = W
T W - Thể tớch nước đọng trong hố múng (m3).
T - Thời gian hỳt cạn hố múng (h).
Vỡ chưa định trước được thời gian T nờn ta cú thể tớnh lưu lượng nước đọng theo cụng thức sau: Qđọng =
24
L
ì ϖ
Với: ω - Diện tớch của mặt cắt ướt hố múng hạ thấp trong ngày đờm (m2) ứng với ∆h, ω = (172+1.∆h).∆h
∆h - Tốc độ hạ thấp mực nước trong ngày đờm mà khụng gõy sạt lở hố múng, (m/ngày đờm). ∆h = 0,5 ữ 1m. Chọn ∆h = 0.7m.=> ω = (172+1.0.7).0.7= 84.77(m2)
L : tổng chiều dài hố múng, xỏc định bằng cỏch đo trực tiếp trờn bản đồ, L= 26m Vậy lưu lượng nước đọng cần tiờu là:
Qđọng = 24 26 77 . 84 ì = 91.8 (m3/h)
- Qmưa - Lưu lượng nước cần tiờu ra khỏi hố múng do mưa. Do thời kỳ này là mựa khụ nờn lượng mưa khụng đỏng kể nờn bỏ qua Qm.
- Qthấm - Lưu lượng thấm vào hố múng.
Sơ đồ tớnh toỏn:
Sơ đồ tớnh toỏn thấm qua đờ quai thượng lưu
Lưu lượng đơn vị thấm qua đờ quai (q) gồm: lưu lượng thấm qua nền (q1) và lưu lượng thấm qua đờ quai (q2). q = q1 + q2
Khi tớnh toỏn thấm qua đập ta coi nền là khụng thấm để tớnh q1. Sau đú tớnh thấm qua nền với giả thiết là đập khụng thấm xỏc định được q2.
Với giả thiết nền khụng thấm ta tớnh được lưu lượng đơn vị qua đập: q11 = kđ )] ( [ 2 ) ( 2 2 2 2 2 1 h a m L L o a h h o+ − ∆ + + − (1) Trong đú:
kđ = 0,8.10-6(m/s) - hệ số thấm của đất đắp đờ quai lấy theo bảng 2 – 4 trang 44 – Giỏo trỡnh cơ học đất.
h1- chiều sõu cột nước trước đờ quai.
h1 = Ztl – Zđỏy sụng = 228.67 – 213.8 = 14.87 (m)
h2 - chiều sõu cột nước phớa trong đờ quai. Để đơn giản ta coi hố thu nước bờn trong chưa cú nước, tức là h2 = 0.
ao: Chiều sõu của đường bóo hoà tại điểm đường bóo hoà ra hạ lưu.
L: Chiều dài dũng thấm từ mộm nước thượng lưu đến điểm thoỏt nước ở chõn đờ quai.
Cỏc đại lượng khỏc chỳ thớch như hỡnh vẽ ở trờn. Tớnh L: L = m1(Zđqtl – Ztl) + b + m2 hđờ
= 1,5.(229.3 – 228.67) + 3 +1,5.(14.87) = 26.25m Tớnh ∆L: ∆L = λh1
- Theo giỏo sư G.X.Mikhilụv ta cú: λ = 0,375 5 , 1 . 2 1 5 , 1 . 2 1 1 1 = + = + m m ∆L = 0,375.14.87 = 5.576 (m).
- Mặt khỏc dựa vào bài toỏn thấm và được giải theo phương phỏp phõn đoạn ta cú lưu lựợng thấm qua đập đất được tớnh theo cụng thức:
q12 = kđ 5 , 0 2 0 + m a (2)
Giải hệ phương trỡnh (1) và (2) bằng cỏch thử dần ao và tớnh q ở (1) và (2) rồi so sỏnh hai giỏ trị này, nếu thấy gần bằng nhau ta được nghiệm của hệ.
Kết quả tớnh toỏn được thể hiện trong bảng sau :
Bảng tớnh thử dần TT ao (m) q11 (10-6m2/s) q12 (10-6m2/s) 1 0.5 5.89 0.53 2 0.8 3.67 1.07 3 1 2.93 1.33 4 1.3 2.25 1.73 5 1.4 2.09 1.87 6 1.48 1.97 1.97 7 1.55 1.88 2.07
Vậy lưu lượng thấm qua phần đập là q1 = 1,97 . 10-6(m3/s). Lưu lượng thấm qua nền khi được tớnh theo cụng thức:
q2 = kn T L T h . 88 , 0 1 + Trong đú: kn = 10-4 (m/s)hệ số thấm của nền.
T = 3(m) chiều dày tầng thấm của nền, được lấy theo tài liệu địa chất. L - chiều dài đỏy đập L = 26.25(m).
h1- chiều sõu cột nước trước đờ quai, h1 = 14,87 (m) Vậy q2 = 4 .3 1.54.10 4 25 . 26 3 . 88 . 0 87 . 14 10− = − + (m3/s).
Tổng lưu lượng đơn vị thấm qua nền là:
q = q1 + q2 = 1,97.10-6 +1.54.10-4 = 0.000156(m3/s). Lưu lượng thấm qua đờ quai là:
Qt1 = q.Lđờ= 0.000156 . 90 =0.0140(m3/s) = 50.54(m3/h). (Lđờ = 90m là chiều dài của đờ quai) Vậy Q = Qthấm + Qđọng = 50.54+ 91.8 = 142.34(m3/h).
b. Thời kỳ đào múng.
Trong thời kỳ đào múng thỡ trong hố múng cú cỏc loại nước sau: nước mưa, nước thấm, nước thoỏt ra từ trong khối đất đó đào.
Lưu lượng tiờu nước trong thời kỳ này là:
Q = Qmưa + Qthấm + Qdúc Trong đú:
Q - Lưu lượng cần tiờu trong thời kỳ đào múng (m3/h).
Qmưa - Lưu lượng nước mưa cần tiờu trong phạm vi hố múng (m3/h). Qthấm - Tổng lưu lượng thấm vào hố múng (m3/h).
Qdúc - Lưu lượng nước rúc ra từ khối đất đó đào (m3/h).
- Lưu lượng nước mưa cần tiờu:
Vào mựa khụ thi cụng đào múng phần lũng sụng, do lượng mưa khụng đỏng kể nờn ta cú thể bỏ qua. Vào mựa mưa, khi thi cụng đào múng phần vai đập do địa hỡnh dốc nờn lượng nước mưa khụng đọng lại trong hố múng. Vỡ vậy ta khụng cần tớnh toỏn tiờu nước mưa cho thời kỳ đào múng này.
Vỡ vậy ta cú thể bỏ qua lưu lượng nước mưa cần tiờu khi đào múng.
- Lượng nước rúc ra từ khối đất đó đào:
Khi thi cụng đào múng dựng mỏy xỳc và ụtụ vận hành một cỏch liờn tục: mỏy đào xỳc đất lờn ụ tụ - ụ tụ vận chuyển đất đến bói thải. Vỡ vậy khụng cú nước dúc trong hố múng nờn ta cú thể coi Qdúc ≈ 0.
- Lưu lượng thấm qua đờ quai:
Qthấm = Qt1 + Qt2 Trong đú:
* Qt1 - Lưu lượng thấm qua đờ quai và nền. Như đó tớnh toỏn ở trờn Qt1 = 26.57(m3/h)
* Qt2 - Lưu lượng thấm từ đỏy hố múng khụng hoàn chỉnh. Ở hố múng khụng hoàn chỉnh xỏc định lưu lượng thấm qua nền rất phức tạp. Để đơn giản ta lấy số liệu theo bảng 4-1 giỏo trỡnh thi cụng tập I. Đối với đỏ vụi nứt nẻ thỡ lưu lượng thấm là:
Qt2 = 0,1(m3/h/1m đầu nước). Vậy Qt2 = 0,1*14.87= 1.49 (m3/h) Tổng lưu lượng nước cần tiờu trong giai đoạn này:
Q = Qthấm = Qt1 + Qt2 = 50.54 + 1.49 = 52.03 (m3/h).
c. Thời kỳ thi cụng đập chớnh.
Trong thời kỳ này lượng nước cần tiờu bao gồm: nước mưa, nước thấm, và nước thi cụng. Do đú lưu lượng cần tiờu là:
Q3 = Qm + Qt + Qtc
Do phần chõn khay và chõn đập thi cụng trong mựa khụ nờn lượng nước mưa là khụng đỏng kể Qm = 0. Mặt khỏc, với cụng trỡnh là đập bờ tụng thỡ khi thi cụng ta cần nước để dưỡng hộ bờ tụng, khoan phụt xử lý nền, rửa vật liệu thiết bị…Cũn đối với đập đất thỡ những cụng tỏc như trờn là khụng cú. Vỡ vậy yờu cầu dựng nước là khụng đỏng kể, cú thể bỏ qua lượng nước thi cụng (Qtc = 0). Vậy, lượng nước cần tiờu trong thời kỳ này chủ yếu là nước thấm. Như đó tớnh toỏn thấm qua đờ quai ở trờn ta cú:
Q3 = Qt = 50.54(m3/h).
3.1.1.3. Lựa chọn thiết bị và bố trớ hệ thống tiờu nước * Bố trớ hệ thống tiờu nước:
- Khi bố trớ hệ thống tiờu nước mặt thỡ cần lưu ý phạm vi bố trớ của cỏc thiết bị ớt ảnh hưởng đến mặt bằng thi cụng. Khi bố trớ hệ thống tiờu nước mặt thỡ việc lắp đặt và thỏo dỡ cỏc thiết bị rất dễ dàng và nhanh chúng. Vỡ vậy mà hệ thống tiờu nước mặt thường bố trớ khụng cố định và thay đổi theo từng thời kỳ thi cụng cụng trỡnh.
+ Bố trớ tiờu nước trong thời kỳ đầu: Thời kỳ này chủ yếu là tiờu nước đọng do đú ta bố trớ cỏc mỏy bơm ở đờ quai thượng lưu. Sau khi bơm cạn hở đỏy sụng thỡ đào hố tập trung nước bố trớ mỏy bơm tại hố để tiờu nước thấm.
+ Bố trớ tiờu nước trong thời kỳ đào múng: Trong thời kỳ này chủ yếu là tiờu nước thấm. Lượng nước thấm được tiờu từ hố tập trung nước về phớa hạ lưu đập bằng mỏy bơm. Để tập trung nước tốt nhất ta bố trớ hệ thống mương chạy dọc theo biờn của đỏy chõn khay.Như vậy lượng nước thấm được đưa về hố thu nước thuận lợi, khụng gõy ảnh hưởng cho quỏ trỡnh thi cụng.
+ Bố trớ tiờu nước trong thời kỳ thi cụng cụng trỡnh: Trong thời gian đầu mựa khụ, thi cụng xử lý nền và đắp chõn khay thỡ chỉ cần tiờu nước thấm vào hố tập trung nước sau . Sau khi đó đắp đập lờn mặt đất tự nhiờn thỡ khụng dựng hệ thống thoỏt nước này nữa. Khi đắp đập trong mựa mưa, lượng nước cần tiờu chủ yờu là do nước mưa nờn ta sẽ dựng hệ thống mương rónh ở cỏc cơ trờn sườn dốc và cơ đập để tập trung và dẫn nước ra ngoài. Trong mựa khụ thỡ nước thấm được tập trung tại hố sau đờ quai và dựng mỏy bơm bơm.
- Lựa chọn mỏy bơm:
- Với lưu lượng nước cần tiờu như trờn ta chọn “Bơm ly tõm tự hỳt ” ký hiệu 3M65-125/4.0. Hóng Ebara.
- Cụng suất của mỏy bơm: 50 (m3/h). - Cột nước bơm lớn nhất: H = 15(m).