a)Mục đớch của việc lựa chọn phương ỏn
Khi tớnh toỏn một dự ỏn cần đưa ra những phương ỏn khỏc nhau. Sau đú, thụng qua tớnh toỏn sơ bộ, so sỏnh cỏc mặt: kinh tế, kĩ thuật, hiệu quả ứng dụng, nhiệm vụ cụng trỡnh, những ưu nhược điểm, v.v.. để chọn ra một phương ỏn tối ưu nhất cho cụng trỡnh. Phương ỏn tối ưu nhất là phương ỏn đạt yờu cầu kĩ thuật và kinh tế nhất.
b) Nội dung tớnh toỏn
Ở đõy khi tớnh toỏn xỏc định khối lượng cũng như giỏ thành của cụng trỡnh đầu mối, ta chỉ đề cập đến 2 loại cụng trỡnh : đập dõng, cụng trỡnh thỏo lũ. Vỡ đối với cống lấy nước do cú khối lượng khụng lớn, lại ớt thay đổi về khối lượng, giỏ thành so với cỏc phương ỏn khỏc nhau nờn bỏ qua khụng xột đến.
c)Tớnh khối lưng đập đất:
Khối lượng cơ bản của đập đất bao gồm : + Đất đắp đập:
Sau khi thiết kế sơ bộ cỏc kớch thước của đập đất ứng với cỏc phương ỏn Btr, ta tiến hành tớnh khối lượng đập đất cho cỏc phương ỏn bằng phương phỏp gần đỳng dựa vào mặt cắt dọc, mặt cắt ngang và bỡnh đồ tuyến đập :
Chia đập ra làm nhiều đoạn bằng cỏc mặt cắt: + Diện tớch của cỏc mặt cắt là Fi(m2).
Khi đú tổng khối lượng đập đất giữa hai mặt cắt là: 1. 2 i i i i F F V = + + L Tổng khối lượng đập đất là : V =∑Vi d) Tớnh khối lượng cụng trỡnh xả lũ:
Khối lượng cơ bản của đường tràn dọc bao gồm: + Khối lượng đào múng tràn:
Dựa vào bề rộng tràn, ta xỏc định bề rộng, hệ số mỏi của hố múng tràn, từ đú tớnh được khối lượng đào múng tràn.
+ Xỏc định khối lượng bờtụng M200: gồm - Bản đỏy
- Tường bờn - Trụ pin
+ Khối lượng bờtụng lút M100
Chiều dày lớp bờ tụng lút thường lấy bằng 10cm →khối lượng bờ tụng lút + Khối lượng đất đắp mang tràn:
Là khối lượng đất lấp vào hai bờn của hốmúng khi thi cụng xong tràn
e). Tớnh khối lượng cửa van
Do van cung được làm bằng thộp, giỏ thành của loại vật liệu này rất cao nờn nú cú ảnh hưởng đỏng kể đến giỏ thành chung của cụng trỡnh.
Khối lượng của cửa van được xỏc định theo cụng thức kinh nghiệm: Gvan = 0,15.F.4F (T) : Trong đú F là diện tớch của mặt chắn nước (m2)
Bảng 5-9. Tớnh toỏn khối lượng cho cỏc phương ỏn
Btr =24m Btr=27m Btr =230m 103VNĐ Btr = 24m Btr =27m Btr =30m
Khối lượng tớnh toỏn Giỏ thành tớnh toỏn
A Đập 2 Đào đất chõnkhay đập m3 15802 15802 15802 95 1501190 1501190 1501190 3 Đất đắp đập m3 2103175.52 1892857.7 1714286.14 75 157738164 141964327.5 13356960.5 4 Đỏ xõy m3 30182.6 30182.6 30182.6 450 13582170 13582170 13582170 B Tràn 1 Đào đất m3 136379.48 113649.57 90919656 125 17047435.5 14206196.25 15824562,5 2 Đào đỏ 74084.032 92605.04 111126.05 95 7037983.04 8797478.9 10556974.75 3 Thộp cửa van T 67,32 79,55 92,17 35.103 2356200 2784250 3225950 4 Thộp T 21,09 24,26 26,90 20.103 4218400 485200 538000
5 Mỏy đúngmở van cỏi 3 3 3 400.103 1200000 1200000 1200000
6 BTCT M250 m3 8573.02 7793.65 8572.03 1400 7708260 8212960 8890420 7 BT lútM100 m3 301.76 337.19 452.63 900 591750 645840 782820 Tổng giỏ thành của phơng ỏn 212.8tỷ 192.79tỷ 200.1tỷ
- Từ bảng sổ kỹ thuật kinh tế cơ bản chi phớ đầu tư xõy dựng đập đất và đường tràn dọc thỏo lũ theo cỏc phương ỏn Btràn nờu trờn cho thấy phương ỏn với Btr=27m là phương ỏn cú chi phớ đầu tư xõy dựng thấp nhất.
- Như đó nờu ở phần trờn, trong khuụn khổ đồỏn tốt nghiệp giới hạn chưa xột đến chi phớ quản lý vận hành cụng trỡnh.
PHẦN THỨ BA: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤP 6.1. TUYẾN VÀ HèNH THỨC KẾT CẤU ĐẬP
6.1.1. Tuyến đập.
Phớa dưới hợp lưu của khe Rai, khe Chố Mố ( cỏch hạ lưu tuyến trờn khoảng 500m). Với diện tớch lưu vực: 150 km2.
6.1.2. Hỡnh thức kết cấu đập.
Vật liệu đất đắp đập tại vựng dự ỏn cú trữ lượng lớn, đảm bảo chất lượng, yờu cầu kỹ thuật về thấm, ổn định vậy tụi quyết định chọn hỡnh thức đập là: Đập đắp bằng đất đồng chất.
6.1.3. Xỏc định cỏc kớch thước cơ bản của đập đất.
- Sốliệu tớnh toỏn: Cụng trỡnh đầu mối hồchứa nước Rào Trổ thuộc cấp II.
Bảng 6-1 :Số liệu tớnh toỏn cao trỡnh đỉnh đập
TT Mực nước tớnh toỏn Cao trỡnh (m) Độ vượt cao an toàn a(m) Đà giú D (Km) Vận tốc giú V (m/) 1 Cao trỡnh MNDBT 74 0,7 1.285 (P=4%) 19,2 2 Cao trỡnh MNLTK 76.76 0,5 1.364 (P=50%) 12,8 3 cao trỡnh MNLKT 77.82 0,2 - Trường hợp tớnh toỏn :
+Tớnh toỏn ứng với MNDBT : ở thượng lưu, cú xột tới chiều cao súng leo và nước dềnh do giú lớn nhất tớnh toỏn.
+ Tớnh toỏn ứng với MNDGC ở thượng lưu (khi xảlưu lượng lũ lớn nhất tớnh toỏn) đồng thời cú xột tới chiều cao súng leo lờn mỏi đập và nước dềnh do giú bỡnh quõn lớn nhất, khụng kể hướng.
+ Đỉnh đập khụng được thấp hơn MNLKT ứng với tần suất 0,2%.
Theo tiờu chuẩn thiết kế đập đất đầm nộn (TCVN 8216-2009) cao trỡnh đỉnh đập được xỏc định theo 3 điều kiện sau :
- Xỏc định theo MNDBT: Zđđ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (4-1) - Xỏc định theo MNLTK: Zđđ2 = MNLTK + ∆h' + hsl’ + a’ (4-2) - Xỏc định theo MNLKT: Zđđ3 = MNKT + a’’ (4-3) Trong đú
+∆h,∆h'- Độ dềnh do giú ứng với giú tớnh toỏn lớn nhất và giú bỡnh quõn lớn nhất. +hsl; hsl’- Chiều cao súng leo ứng với giú tớnh toỏn lớn nhất và giú bỡnh quõn lớn nhất. + a, a’, a’’- Độ vượt cao an toàn, theo TCVN 8216-2009 với cụng trỡnh cấp II ta cú: a = 0,7m ; a’ = 0,5m ; a’’ = 0,2m.
Theo kết quả tớnh toỏn ở Đ3.8 ta xỏc định được cao trỡnh đỉnh đập như sau: Z1 = 76,47 m ; Z2 = +78.38 m ; Z3 = 78.02 m;
Vậy chọn cao trỡnh đỉnh đập Z = 78.38m
Kể thờm độ dự phũng lỳn lấy bằng 2% chiều cao đập thỡ : Z =78.38+ 2%.(78.38 – 50)=79 (m)
6.1.4. Bề rộng đỉnh đập:
Chiều rộng đỉnh đập được xỏc định theo yờu cầu cấu tạo, giao thụng và quốc phũng. Về cấu tạo chủ yếu xột đến điều kiện thi cụng đầm nộn và quỏ trỡnh khai thỏc quản lớ đập. Chiều rộng tối thiểu của đỉnh đập là 5 ữ10 m đối với đập đất cấp II ( theo điều 6.2.1 -TCVN-8216:2009)
Do cụng trỡnh hồ chứa nước Rào Trổ khụng cú yờu cầu về giao thụng,khụng đặt thiết bị quan trắc nờn chọn bề rộng đỉnh đập 6m
6.1.5. Cấu tạo mặt đập.
79
Bê tông M250 dày 20cm, đá (2x4)cm Bạt xác rắn i= 2% i= 2% 600 600 485 485 2525 50 50 m=3.25 Giấy dầu N.đ ờng 2 lớp
Hỡnh 6-1. Cấu tạo mặt đập
Do đập khụng cú yờu cầu về giao thụng nờn ta chỉ cần gia cố nhẹ đỉnh đập bằng đỏ xõy để thuận tiện cho việc đi lại trong quỏ trỡnh khai thỏc và quản lý.
Ngoài ra dưới lớp gia cốbằng đỏ xõy ta làm thờm một tầng đệm nối tiếp bằng cuội sỏi để nối tiếp giữa mặt đường và nền đường đồng thời làm nhiệm vụ thoỏt nước cho mặt đập được dễ dàng.Ta thiết kế đỉnh đập dốc về 2 phớa hạ lưu và thượng lưu với độ dốc 2 % để thoỏt nước mưa cho mỏi đập
6.1.6 Mỏi đập.
Trong phần thiết kế sơ bộ ta đó tớnh toỏn xỏc định được kớch thước mặt cắt ngang của đập chớnh, theo đú ta cú kớch thước mặt cắt đập như sau:
+ Cao trỡnh mặt đập: Zđđ= 74m + Bề rộng đỉnh đập: B = 6m + Chiều cao đập: H = 29
+ Mỏi đập: Hệ số mỏi được xỏc định theo cụng thức sau: - Mỏi thượng lưu : mtl= 0,05.Hđ+ 2 = 0,05.29 + 2 = 3,46 - Mỏi hạlưu : mhl= 0,05.Hđ+ 1,5 = 0,05.29 + 1,5 = 3,1 - Vậy chọn: - Mỏi thượng lưu: m1= 3.5
- Mỏi hạlưu đập: m2= 3.25
6.1.7. Cơ đập.
Đối với cỏc đập cú chiều cao lớn hơn 15m ta phải bố trớ cơ đập.
Do vậy ta sơ bộ chọn bề rộng cơ đập Bcơ= 5m, mỏi thượng bố trớ ở cao trỡnh 63m. mỏi hạ lưu là cao trỡnh 70m.
Cơ hạ lưu cú nhiệm vụ thoỏt nước mưa cho mỏi đập nờn ta phải bố trớ hệ thống rónh thoỏt nước và cỏc rónh này được gia cố vững chắc để trỏnh hư hỏng do dũng chảy. Kớch thước lũng cỏc rónh thoỏt nước này chọn là (30x30)cm, trờn bề mặt cơ đỏ cấp phối mặt cơ 20cm và lớp cuội sỏi đệm 10cm, mặt cơ cú độ dốc về phớa rónh thoỏt nước i = 2%. Để giỳp nước từ cơ đập và mỏi hạ lưu thoỏt nhanh xuống chõn đập thỡ cứ 20m theo chiều dài đập, ta lại bốtrớ một rónh thoỏt nước chạy dọc xuống chõn đập.
- Mục đớch bảo vệ:
Mỏi thượng lưu là phần mỏi chịu tỏc động trực tiếp của nhiều loại lực phức tạp: như ỏp lực súng, nắng, thay đổi nhiệt độ….vỡ vậy mỏi đập cần phải được gia cố bảo vệ để đề phũng sự xúi lở do súng gõy ra đồng thời cú thể loại trừ được những hiện tượng nguy hiểm khỏc cho mỏi dốc như dũng chảy với lưu tốc lớn vào miệng cụng trỡnh lấy nước đặt trong thõn đập (cống ngầm), đất trong thõn đập co nở vỡ thay đổi nhiệt độ, nước mưa làm xúi lở mỏi dốc, rễ cõy ăn sõu vào thõn đập, động vật đào hang….
a. Hỡnh thức bảo vệmỏi thượng lưu:
Chọn chiều dày bản bờ tụng cốt thộp lỏt mỏi thượng lưu là db=15cm kớch thước mỗi tấm là 3x3m. Khe lỳn 2 lớp giấy dầu + quột nhựa đường.
b. Tầng đệm dưới lớp gia cố:
Để đảm bảo sự nối tiếp tốt giữa lớp gia cố và thõn đập trong trường hợp lỳn khụng đều ta thiết kế thờm tầng đệm, đồng thời đúng vai trũ tầng lọc ngược, nhằm đề phũng hiện tượng xúi ngầm khi cột nước thấm trong thõn đập cao hơn ngoài hồ chứa do hiện tượng súng leo rồi rỳt xuống. Tầng đệm phải cú thành phần hạt của nú được chọn lọc để trỏnh được xúi ngầm.
Lựa chọn vật liệu làm tầng đệm xuất phỏt từ điều kiện khụng cho phộp hạt đất từ thõn đập chuyển rời vào tầng đệm, cũng nhưhạt của cỏc lớp trong tầng đệm khụng chuyển rời lẫn vào nhau dưới tỏc dụng của dũng thấm. Chiều dày tầng đệm xỏc định từ kinh nghiệm: lớp cỏt đệm dày 15cm cũn lớp dăm sỏi dày 20cm.
Theo TCVN 8216-2009 – Thiết kế đập đất đầm nộn. Phạm vi bảo vệ mỏi thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước khai thỏc thấp nhất (thường là MNC) 2,5 m đối với đập cấp III trở lờn
∇ =MNC - Z = 60-2.5= 57,5 m .
6.1.9. Bảo vệ mỏi hạ lưu.
Dưới tỏc dụng của giú, mưa và động vật đào hang cú thể gõy hư hỏng mỏi dốc hạ lưu cho nờn cần phải bảo vệ.
*Mỏi hạ lưu: được bảo vệ bằng hỡnh thức trồng cỏ kết hợp rónh thoỏt nước mưa và mương tập trung nước mưa. Mỏi đập hạ lưu được bảo vệ từ đỉnh đập đến đỉnh của lăng trụ đỏ tiờu nước, hệ thống rónh thoỏt nước mưa được đặt xiờn một gúc 450 so với mặt đập để trỏnh hiện tượng rónh bị xúi do nước chảy.
6.1.10.Thiết bị chống thấm và thoỏt nước
6.1.8.1.Thiết bị chống thấm cho thõn đập.
Theo tài liệu cho ta thấy đập ta thiết kế là đập đồng chất hơn nữa đất đắp đập cú hệ số thấm tương đối nhỏ, sự chờnh lệch hệ số thấm giữa thõn đập và nền khụng nhiều nờn để đơn giản trong tớnh toỏn cũng như thiết kế thỡ ta khụng bố trớ thiết bị chống thấm cho thõn đập.
6.1.8.2.Thiết bị thoỏt nước thõn đập a. Đối với đoạn lũng sụng:
Đối với cỏc mặt cắt đập ở lũng sụng thường hạ lưu cú nước nờn ta chọn hỡnh thức thiết bị thốt nước là kiểu lăng trụ. Ưu điểm của nú là cú cấu tạo đơn giản, tăng ổn định cho mỏi hạ lưu đập, bảo vệ mỏi dốc khi hạ lưu cú nước và súng giú, thoỏt nước cho cả thõn đập và nền…
Cao trỡnh đỉnh lăng trụ phải cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu ứng với tần suất lũ thiết kế ở hạ lưu đập : ∇lăng trụ =59 (m)
-Hệ số mỏi : + mtrong=1,5; mngoài =1
Để trỏnh đất trong thõn đập thoỏt ra ngoài theo dũng thấm ta bố trớ tầng lọc ngược tại chỗ tiếp giỏp giữa thõn đập và mỏi trong của lăng trụ thoỏt nước, cấu tạo của tầng lọc ngược gồm hai lớp: lớp cỏt ở trong dày 50cm, lớp đỏ dăm ở ngoài dày 50cm kớch thước như hỡnh vẽ sau:
Cát lọc dày 15cm Đá hộc Đá dăm (2*4)cm dày 15cm 200 m=1 .0 59.0 78 35 L 42
Hỡnh 6-3 : Cấu tạo đống đỏ thoỏt nước lăng trụ. b. Đoạn sườn đồi:
Ở vị trớ này mỏi hạ lưu chỉ chịu tỏc dụng của dũng thấm đi ra nờn để bảo đảm cho mỏi khụng bị hư hỏng do tỏc dụng của dũng thấm ta sử dụng thiết bị thoỏt nước là biện phỏp ỏp mỏi bằng đỏ hộc với chiều dày 20cm,chiều cao của thiết bị thoỏt nước ỏp mỏi phải cao hơn vị trớ ra của đường bóo hũa1,5- 2m. Do vậy tựy vào từng vị trớ mà chiều cao thay đổi.
Hỡnh 6-4 : Cấu tạo thoỏt nước ỏp mỏi
6.2. TÍNH TOÁN THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP.
6.2.1. Mục đớch- Nhiệm vụ:
- Xỏc định lưu lượng thấm qua thõn đập và nền. Trờn cơ sở đú tỡm lượng nước tổn thất của hồ do thấm gõy ra và cú biện phỏp phũng chống thấm thớch hợp.
- Xỏc định vị trớ đường bóo hũa, từ đú sẽ tỡm được ỏp lực thấm dựng trong tớnh toỏn ổn định mỏi đập.
- Xỏc định gradien thấm của dũng chảy trong thõn, nền đập nhất là ở chỗ dũng thấm thoỏt ra ở hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xúi ngầm, đẩy trồi đất và xỏc định kớch thước của tầng lọc ngược.
6.2.2. Cỏc trường hợp tớnh toỏn.
- Trường hợp 1: Thượng lưu ở MNDBT, hạ lưu tương ứng ở mực nước thấp hoặc khụng cú nước, tớnh với cỏc mặt cắt khỏc nhau để xỏc định tổng lưu lượng thấm.
- Trường hợp 2: Thượng lưu ở MNLTK, hạ lưu tương ứng ở mực nước lớn nhất cú thể xảy ra, tớnh với mắt cắt lũng sụng để phục vụ kiểm tra ổn định.
- Trường hợp 3: Thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là mực nước tương ứng, tớnh cho mặt cắt lũng sụng.
- Trường hợp 4: Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng. - Trường hợp 5: Thượng lưu mực nước rỳt đột ngột.
Trong đồ ỏn này giới hạn việc tớnh thấm cho hai trường hợp 1, 2 và tớnh trường hợp 3 để xỏc định đường bóo hũa phục vụ cho việc tớnh ổn định với Kmin tương ứng..
*Cỏc trường hợp tớnh toỏn:
Do địa hỡnh thay đổi nờn tại cỏc vị trớ khỏc nhau của đập mặt cắt đập cú kớch thước khỏc nhau. Sơ đồ tớnh toỏn thấm là sơ đồ bài toỏn phẳng nờn mức độ chớnh xỏc của kết quả phụ thuộc vào số lượng mặt cắt tớnh toỏn. Ta chỉ xột 3 mặt cắt đại biểu.
- Mặt cắt lũng sụng. - Mặt cắt sườn đồi trỏi.
6.2.3.Số liệu tớnh toỏn.
6.2.3.1. Số liệu co bản.
- Cao trỡnh MNDBT : +74m - Cao trỡnh MNLTK: +78.38m -Cao trỡnh MNLKT :+78.02 m
- Cao trỡnh đỉnh đập: +79m - Bề rộng đỉnh đập B = 6m
- Hệ số mỏi thượng lưu m1 = 3.25; - Hệ số mỏi hạ lưu m2 =3.5;
- Cao trỡnh cơ thượng lưu +63m. - Cao trỡnh cơ hạ lưu:+70 m.
-Mực nước hạ lưu ứng với MNLTK :Qxả max=1214.963 (m3/s) →MNHLmax=+56.5m
- Mực nước hạ lưu ứng với MNLKT : Qxả max = 1477.56 (m3/s) → MNHLmax = 57 (m) (tra quan hệ Q –Z. hỡnh 1-3 )
Tại cỏc vị trớ ở lũng sụng ta bố trớ thiết bị thoỏt nước kiểu lăng trụ cú cỏc kớch thước cơ bản sau:
- Cao trỡnh đỉnh vật thoỏt nước: +59 m
- Hệ số mỏi vật thoỏt nước: mỏi trong m1 = 1,0; mỏi ngoài m2 = 1,5. - Bề rộng đỉnh vật thoỏt nước: b = 2m.
- Hệ số mỏi tớnh toỏn: do đập cú hệ số mỏi thay đổi dần từ trờn xuống, nhưng sự sai khỏc là tương đối nhỏ do vậy để đơn giản khi tớnh toỏn ta sử dụng hệ số mỏi bỡnh