Lần đầu tiờn tớch nước đưa vào vận hành cú ý nghĩa đặc biệt quan trọng đến sự ổn định của đập. Quỏ trỡnh tớch nước làm cho vật liệu bị mềm húa, cỏc cốt liệu cú sắp xếp lại từ đú dẫn đến chỉ tiờu địa chất giảm, đặc biệt là modun biến dạng giảm và sự tăng của ỏp lực đẩy ngược. Điều này dẫn đến chờnh lệch lỳn giữa thời điểm vừa thi cụng xong và thời điểm tớch nước. Để tỡm ra độ lỳn này, quy trỡnh tớnh toỏn được thực hiện theo Nobari và Duncan (1970) với 3 bước như sau:
Bước 1: Thực hiện phõn tớch với cỏc chỉ tiờu ứng với chỉ tiờu khụ, theo mụ hỡnh phi tuyến. Tại cuối giai đoạn thi cụng, mođun biến dạng chung cho từng vựng vật liệu là được lấy trung bỡnh của tất cả phần tử trong miền đú
Bước 2: Thực hiện phõn tớch với cỏc chỉ tiờu ứng với chỉ tiờu bóo hũa cho vựng bóo hũa theo mụ hỡnh phi tuyến Tại thời điểm khi dũng thấm phỏt triển ổn định, mođun biến dạng của từng vựng vật liệu cũng được lấy là trung bỡnh cộng của tất cả phần tử trong miền đú
Bước 3: Thực hiện 2 bài toỏn phõn tớch với modun đàn hồi lấy ở bước 1 và bước 2 theo mụ hỡnh đàn hồi tuyến tớnh, từ đú so sỏnh chuyển vị giữa 2 quỏ trỡnh.
Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến sai số trong tớnh toỏn
Khi tớnh toỏn bằng phương phỏp phần tử hữu hạn cần xem xột kỹ lưỡng cỏc nguyờn nhõn cú thể gõy ra những điểm khụng chắc chắn, thậm chớ sai kết quả. Dựa vào kinh nghiệm người ta đó chỉ ra một số nguyờn nhõn dẫn tới sự thiếu chớnh xỏc của lời giải.
- Mức độ đầm nộn: Trong thiết kế đó quy định dung trọng tối thiểu cần đạt được tại hiện trường. Nhỡn chung dung trọng khụ trung bỡnh thường cao hơn giỏ trị tối thiểu.
Mức độ đầm nộn trung bỡnh thường lấy 95% dung trọng max tuy nhiờn ở hiện trường do dựng cỏc mỏy đầm lớn (đặc biệt đối với đất cú nhiều hạt thụ, rất dễ dàng đạt được 100% dung trọng lớn nhất của đất được đầm nộn theo tiờu chuẩn Proctor.
- Độ ẩm khi đầm: Thụng thường độ ẩm yờu cầu là 2% của độ ẩm tối ưu. Tuy nhiờn khi độ ẩm thay đổi trong phạm vi đú đặc trưng của đất cũng thay đổi lớn.
- Khụng cú số liệu: Thậm chớ ở trong cả những đập được thiết kế tốt nhất cũng cú những vựng mà cỏc thớ nghiệm khụng được tiến hành (khụng tiến hành được). Chỉ tiờu của vật liệu phải xỏc định dựa trờn vật liệu tương tự hoặc đường cấp phối của vật liệu phải biến đổi.
- Quỏ trỡnh thi cụng: Vỡ một số lý do trong quỏ trỡnh thi cụng cú thể thực hiện khỏc với tớnh toỏn.
- Đơn giản hoỏ quan hệ ứng suất biến dạng của vật liệu
- Độ tin cậy của đo đạc tại hiện trường: Khi kết quả tớnh toỏn được so sỏnh với kết quả đo đạc tại hiện trường ta thường giả thiết số liệu đo là chớnh xỏc và dựa vào đú để đỏnh giỏ kết quả tớnh toỏn. Tuy nhiờn cần phải luụn ghi nhớ là thiết bị quan trắc cũng cú thể sai.
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ĐẬP KHAO MẠNG THƯỢNG
4.1 Giới thiệu về đập Khao Mang Thượng
Yờn Bỏi nằm ở vựng Tõy Bắc tiếp giỏp với Đụng Bắc. Phớa Đụng Bắc giỏp hai tỉnh Tuyờn Quang và Hà Giang, phớa Đụng Nam giỏp tỉnh Phỳ Thọ, phớa Tõy Nam giỏp tỉnh Sơn La, phớa tõy bắc giỏp hai tỉnh Lai Chõu và Lào Cai. Địa hỡnh Yờn Bỏi cú độ dốc lớn cao dần từ đụng sang tõy, từ nam lờn bắc, độ cao trung bỡnh 600 một so với mực nước biển và cú thể chia làm hai vựng: vựng thấp ở tả ngạn sụng Hồng và lưu vực sụng Chảy mang nhiều đặc điểm của vựng trung du; vựng cao thuộc hữu ngạn sụng Hồng và cao nguyờn nằm giữa sụng Hồng và sụng Đà. Ngoài hai con sụng lớn là sụng Hồng và sụng Chảy, Yờn Bỏi cũn cú khoảng 200 ngũi, suối lớn nhỏ với độ dốc địa hỡnh lớn, kết hợp khớ hậu nhiệt đới giú mựa mưa nhiều nờn cú tiềm năng thủy điện dồi dào. Diện tớch tự nhiờn toàn tỉnh là F = 6.883,0 km2, dõn số tớnh đến năm 2005 là 731.810 người gồm 30 dõn tộc chung sống, mật độ dõn số trung bỡnh là 106 người/km2, bao gồm thị xó Nghĩa Lộ, thành phố Yờn Bỏi và 7 huyện trực thuộc.
Huyện Mự Cang Chải nằm ở phớa Tõy tỉnh Yờn Bỏi, cỏch thành phố Yờn Bỏi 180km, theo quốc lộ 32. phớa Bắc giỏp huyện Văn Bàn - tỉnh Lào Cai; phớa Nam giỏp huyện Mường La - tỉnh Sơn La; phớa Đụng giỏp huyện Văn Chấn; phớa Tõy giỏp huyện Than Uyờn - tỉnh Lai Chõu. Là khu vực nỳi cao bắt nguồn từ dóy Hoàng Liờn Sơn, bao gồm nhiều dóy nỳi liờn tiếp nhau chạy theo hướng Tõy Bắc - Đụng Nam. Giữa cỏc dóy nỳi là cỏc khe suối thuộc lưu vực sụng Hồng và sụng Đà. Cú khớ hậu nhiệt đới giú mựa, mang đặc tớnh ụn đới, chia thành 2 mựa: Mựa khụ hanh và mựa mưa. Nhiệt độ bỡnh quõn trong năm:18,5o
C.
Vị trớ dự ỏn thủy điện Khao Mang thượng được xõy dựng trờn suối Nậm Kim thuộc xó Khao Mang, huyện Mự Cang Chải, tỉnh Yờn Bỏi. Vị trớ tuyến đập cú tọa độ địa lý là: 21051’40” vĩ độ Bắc, 104002’15” kinh độ Đụng, nằm bờn cạnh đường Quốc lộ 32, vị trớ suối Nậm Kim uốn khỳc ngoằn ngoốo, lũng suối cú cao độ khoảng 855.00m. Tuyến đập cỏch cầu Lao Chải 2km về phớa thượng lưu, cỏch thị
trấn Mự Cang Chải 4.5km về phớa hạ lưu theo chiều dũng chảy. Tuyến nhà mỏy cỏch tuyến đập khoảng 6.5km theo đường sụng, vị trớ nhà mỏy thuỷ điện Khao Mang thượng cú tọa độ địa lý là: 21052’15” vĩ độ Bắc, 103059’45” kinh độ Đụng, nằm bờn bờ trỏi suối Nậm Kim.
Bố trớ cụng trỡnh thủy điện Khao Mang Thượng dạng đường dẫn, tuyến năng lượng đi bờn bờ trỏi, dọc suối Nậm Kim cú Quốc lộ 32 do vậy việc đầu tư xõy dựng cụng trỡnh là khỏ thuận lợi.
Nhiệm vụ chớnh của dự ỏn là phỏt điện. Với cụng suất lắp mỏy 24.5MW, dự ỏn thuỷ điện Khao Mang Thượng hàng năm cung cấp cho hệ thống điện lượng trung bỡnh là 71.42 triệu kWh.
Cấp cụng trỡnh đầu mối: Trờn cơ sở qui mụ cụng trỡnh, điều kiện địa chất, thuỷ văn, theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia cụng trỡnh thủy lợi – cỏc quy định chủ yếu về thiết kế QCVN 04-05:2011/BNNPTNT, cấp cụng trỡnh đầu mối như sau:
- Hồ chứa nước:
Dung tớch hồ ứng với mực nước dõng bỡnh thường 915m là 13.37 triệu m3 thuộc cấp III.
- Đập dõng nước:
Kết cấu đập vật liệu địa phương, cú chiều cao lớn nhất 68m (trờn nền đỏ cứng) cấp cụng trỡnh là cấp II.
Kiến nghị cấp thiết kế cụng trỡnh chớnh là cấp II, cấp thiết kế cụng trỡnh thứ yếu là cấp III, cấp thiết kế cụng trỡnh tạm là cấp IV.
Bố trớ cụng trỡnh thủy điện Khao Mang Thượng giai đoạn TKKT: Tuyến đập đặt tại vị trớ lũng suối uốn khỳc cú cao độ đỏy 855.00m, cỏch thị trấn Mự Cang Chải khoảng 4.5km về phớa hạ lưu. Bố trớ cụng trỡnh đầu mối bao gồm đập dõng toàn tuyến, kết cấu đập vật liệu địa phương – đập đỏ đổ lừi sột. Cao trỡnh đỉnh đập 923.00m (tương ứng với MNDBT915.00m). Đập tràn cắt qua đỉnh đồi bờn vai trỏi. Khối lượng đất đỏ đào hố múng được tận dụng để đắp đập. Tuyến năng lượng bố trớ bờn bờ trỏi suối Nậm Kim. Nhà mỏy thủy điện đặt tại vị trớ bờ trỏi suối, nơi cú cao độ trong khoảng 790.00m.
Bảng 4-1: Bảng thụng số cỏc hạng mục cụng trỡnh thủy điện Khao Mang Thượng giai đoạn TKKT
TT Cỏc thụng số Đ/vị Kết quả I CễNG TRèNH ĐẦU MỐI 1 Đập dõng - Hỡnh thức: Đập VLĐP – đập đỏ đổ lừi sột - Cao trỡnh đỉnh đập m 923,00 - Chiều cao đập lớn nhất m 68,00
- Chiều dài đập theo đỉnh m 323,00
- Chiều rộng đỉnh đập m 10
- Mỏi dốc thượng lưu 1:1,75; 1:2 - Mỏi dốc hạ lưu 1:1,75
2 Đập tràn xả lũ
- Hỡnh thức: Tự do
- Nối tiếp Dốc nước +
mũi phun
- Cao trỡnh ngưỡng tràn m 915,00
- Chiều rộng ngưỡng tràn khụng kể trụ cầu m 72,00 - Chiều rộng đập tràn kể cả trụ cầu m 83,50
- Chiều dài dốc nước m 84,03
- Cao độ mũi phun m 875,00
- Gúc thu hẹp dần Độ 10,720
- Lưu lượng qua tràn lớn nhất với p= 0,2% m3/s 2042,00 - Lưu lượng qua tràn lớn nhất với p= 1% m3/s 1622,00 - Cột nước lớn nhất trờn ngưỡng (p= 0,2%) m 6,00 - Cột nước lớn nhất trờn ngưỡng (p= 1%) m 5,30
3 Cống xả cỏt
- Cao trỡnh ngưỡng m 879,00
- Kớch thước cửa van BxH m 2,5x2,5 - Đường kớnh hầm xả D m 2,5
- Cao trỡnh đỉnh m 922,50
- Chiều cao cống xả cỏt m 45,50
II TUYẾN NĂNG LƯỢNG
1 Cửa nhận nước Bờ tụng CT
- Kiểu Thỏp
TT Cỏc thụng số Đ/vị Kết quả
- Kớch thước lưới chắn rỏc BxH m 5,2x6,5 - Kớch thước cửa van vận hành BxH m 3,6x2,8
- Cao trỡnh đỉnh m 922,50
- Chiều cao cửa lấy nước m 43,50
2 Đường hầm dẫn nước
- Kiểu Cú ỏo + khụng ỏo
- Cao trỡnh ngưỡng cửa vào m 881,00
- Cao trỡnh ngưỡng cửa ra m 798,00
- Hầm cú ỏo
+ Kớch thước mặt cắt ngang (B*H=rộng*cao) m 3,6x3,6
+ Chiều dài hầm m 2349,81
- Hầm khụng ỏo
+ Kớch thước mặt cắt ngang (B*H=rộng*cao) m xm 5,0x5,0
+ Chiều dài hầm m 1600,00
- Hầm lút thộp
+ Đường kớnh hầm lút thộp (D) m 3,40
+ Chiều dài hầm m 180,79
- Chiều dài toàn bộ đường hầm (Lh) m 4130,79 - Độ dốc đỏy hầm (i) % 0,429; 2,0; 5,5
3 Thỏp điều ỏp
- Kiểu Viờn trụ
- Đường kớnh họng cản m 2,0
- Đường kớnh buồng dưới m 3,0
- Đường kớnh buồng trờn m 10,0
- Mực nước lớn nhất trong thỏp m 932,69
- Mực nước nhỏ nhất trong thỏp m 883,52
4 Nhà mỏy thuỷ điện
- Kiểu turbin Francis, trục
đứng
- Cao trỡnh sàn nhà mỏy m 815,00
- Cao trỡnh lắp mỏy m 799,70
- Số tổ mỏy tổ 2
TT Cỏc thụng số Đ/vị Kết quả
- Kết cấu Bờ tụng CT
5 Kờnh xả nhà mỏy
- Cao độ điểm đầu đỏy kờnh m 793,80
- Độ dốc đỏy kờnh % 0
6 Trạm phõn phối điện ngoài trời ( OPY)
- Cao trỡnh trạm m 815,00
- Kớch thước trạm 110 kV mm 15x40
7 Hầm dẫn dũng thi cụng
- Kiểu múng ngựa ỏo BTCT
- Mặt cắt ngang hầm dẫn dũng : B x H m 5x6
- Chiều dài hầm m 223,93
- Cao trỡnh cửa vào m 859,00
- Độ dốc hầm % 1,86
- Cao trỡnh đờ quõy thương lưu m 865,00
- Cao trỡnh đờ quõy hạ lưu m 861,00
8 Khối lượng cụng tỏc chớnh
- Đào đất đỏ hở 103m3 1373,30
+ Đào edQ, IA1, IA2 103m3 1137,20
+ Đào IB, IIA 103m3 235,90
- Đào ngầm 103m3 112,94
- Đắp đập vật liệu địa phương 103m3 1906,09
+ Đắp đất chống thấm (khối 1, 2) 103m3 452,55 + Đắp tầng lọc ngược (khối 3, 4) 103m3 118,04 + Đắp đỏ thượng lưu (khối 5) 103m3 393,61 + Đắp đất đỏ hỗn hợp hạ lưu (khối 6, 7) 103m3 298,11 + Đắp lăng trụ thoỏt nước hạ lưu (khối 8) 103m3 52,35 + Đắp đất đỏ tận dụng hố múng (khối 9) 103m3 565,12
- Bờ tụng 103m3 50,60
+ Bờ tụng hở 103m3 28,55
+ Bờ tụng ngầm 103m3 22,05
- Cốt thộp bờ tụng 103tấn 1,866
- Thiết bị cơ khớ thủy cụng 103tấn 1,221
1:2.00 1:2.00 1:1.75 1:1.75 1:1.75 1:2.00 Tim tuyến đập
Bê tông phản áp dày 30cm
Khoan phụt gia cố b-ớc axb=4x5m L=7m
Màng khoan phụt chống thấm Biên hố móng Đ-ờng mặt đất tự nhiên Đá hộc xếp phẳng dày 80cm Đá lát khan dày 30cm 1:1 1:0 .35 1 :0 .30 1 :0 .35
Thiết kế mặt cắt ngang của đập bao gồm cỏc khối đắp như hỡnh 4-1
- Lừi sột chống thấm (khối 1): Chống thấm cho đập chọn hỡnh thức tường lừi giữa bằng đất sột. Mỏi thượng, hạ lưu của lừi chống thấm 0,35:1, đỉnh của lừi ở cao trỡnh 922,00m, chiều rộng đỉnh lừi là 5m. Vật liệu làm lừi được lấy ở mỏ số 2 và phải cú chỉ tiờu: K≥0,98, k≥1,62T/m3, hệ số thấm K≤10-5cm/s.
- Cỏc tầng lọc cấp phối (khối 3,4) dày 2,5ữ3,0m sẽ được bố trớ ở cỏc mặt thượng lưu và hạ lưu của lừi sột chống thấm. Dóy lọc dày tối thiểu 0,5m được phủ lờn mặt nền phớa hạ lưu. Cú một dải thoỏt nước cấp phối đặt phớa trờn lớp lọc dày 0,5m. Vật liệu của lớp lọc là dăm, cỏt chọn lọc, chỳng cú cấp phối đặc trưng. Lớp lọc phớa hạ lưu nhằm ngăn cỏc hạt đất đi vào trụ tiờu nước. Lớp lọc phủ trờn mặt nền cú chức năng ngăn cỏc hạ nhỏ từ nền đi vào làm tắc dải thoỏt nước.
Bảng 4-2:Cấp phối hạt cỏt lọc (khối 3) Đường bao Thành phần hạt (mm) 0.25 0.50 1.00 1.21 2.21 2.37 2.55 3.04 3.27 4.36 15.29 26.0 30.66 38.65 GHT 0 5 10 15 35 50 85 100 GHD 0 5 10 15 17 60 90 100 Bảng 4-3: Cấp phối hạt cỏt lọc (khối 4) 2.0 3.1 4.9 9.9 10.6 11.5 14.4 16.2 20.0 34.3 63.7 104 106.0 155.4 Giới hạn trờn 0 5 10 35 50 85 100 Giới hạn dưới 0 5 10 17 20 40 60 80 100 Đường bao Thành phần hạt (mm)
- Vựng đỏ đắp thượng lưu (khối 5) bao gồm đỏ IIA, IIB được khai thỏc tại mỏ. Vật liệu này phải cú tớnh thoỏt nước nhanh nhằm tạo sự ổn định cho mỏi thượng lưu đập trong cỏc trường hợp rỳt nước nhanh.
Đỏ đắp khối 5: được lấy từ đỏ IIA, IIB khai thỏc tại mỏ cú cường độ khỏng nộn bóo hũa nước Rnbh ≥ 500 KG/cm2, hệ số mềm húa của đỏ khụng được nhỏ hơn 0.9. Chỉ tiờu khối đắp sau khi đắp đầm chặt: dung trọng ẩm thiết kế ≥ 2.0 T/m3; bh=41/39 độ; hệ số thấm Kt≥10^(-2) cm/s.
Bảng 4-4: Cấp phối hạt đỏ đắp thượng lưu (khối 5)
5.00 10.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 200.00 400.00 600.00 800.00
Giới hạn trờn 5 7 8 18 30 37 45 70 100
Giới hạn dưới 3 5 10 15 35 60 80 100
- Vựng đỏ đắp hạ lưu (khối 6) được đắp bằng đỏ IB lấy từ đỏ đào hố múng đập tràn, cửa lấy nước, mỏ đỏ. Đỏ cú cường độ khỏng nộn bóo hũa nước Rnbh ≥ 150 KG/cm2, hệ số mềm húa của đỏ khụng được nhỏ hơn 0,8. Chỉ tiờu khối đắp sau khi đắp đầm chặt dung trọng ẩm thiết kế ≥ 1.9 T/m3; bh=37/35 độ; hệ số thấm Kt≥10^(-2) cm/s.
- Lớp chuyển tiếp (Khối 7): được lấy tận dụng từ đỏ đào hầm, khối này nằm giữa khối 4 và khối 6. Cao trỡnh đỉnh khối 7 là 915,00m
Khối đắp hạ lưu (khối 9): vật liệu dựng cho khối 9 được lấy từ đất đỏ thải hố múng đập dõng, đập tràn thuộc cỏc lớp địa chất edQ+IA1 và IA2, khối 9 được đắp đến cao trỡnh 895,00m. Dưới khối 9 là khối thoỏt nước (khối 2) được đắp bằng vật iệu cuội sỏi lũng sụng thụng qua tuyển chọn để đảm bảo nằm trong vựng vật liệu cho phộp, khối này được đắp đến cao trỡnh 866,00m. Tựy theo vật liệu thải từ hố múng thực tế, trong quỏ trỡnh thi cụng khối 9 cú thể đắp vượt cao trỡnh 895,00m.
Hỡnh 4-2: Biểu đồ cấp phối hạt cỏc khối đắp
Thi cụng đắp đập Khao Mang Thượng được bắt đầu từ thỏng 3/2013. Đến thời điểm hiện tại (15/5/2014) đập đó đắp đến cao trỡnh 900.00m (tương ứng đắp được khoảng 45m chiều cao). Một số ảnh thi cụng đắp đập: