IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:
3.2.1. Tài liệu tính toán
Lưu vực sông Chu mang đặc điểm khí hậu của vùng đồng bằng Bắc bộ, đồng thời cũng mang đặc tính khí hậu của vùng Bắc trung bộ. Khí hậu được chia ra làm hai mùa rõ rệt, mùa đông khô lạnh và mùa hè nóng ẩm, thể hiện trong các đặc trưng khí hậu sau.
a. Nhiệt độ không khí
Sử dụng tài liệu quan trắc nhiệt độ không khí tại trạm khí tượng Bái Thượng (cách tuyến công trình Hủa Na khoảng 40km về phía hạ lưu) để làm cơ sở
tính toán nhiệt độ trung bình tháng nhiều năm cho tuyến công trình. Giá trị nhiệt độ trung bình tại tuyến công trình được trình bày trongbảng 3.2.
Bảng 3.2: Nhiệt độ không khí trung bình tại tuyến công trình
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
To.tbình 17.6 19.4 22.0 25.2 27.1 27.1 26.9 25.7 24.5 23.0 20.7 18.2 23.1
b. Gió
Vận tốc gió trung bình (m/s) các tháng tại trạm khí tượng Bái thượng
Bảng 3.3: Vận tốc gió trung bình năm tại tuyến công trình
Bắc Đông bắc Đông Đông nam Nam Tây nam Tây Tây bắc Trung bình 1.7 2.0 2.0 2.0 1.7 1.3 1.5 1.6 1.7
c. Phân phối độ ẩm bình quân tháng
Sử dụng tài liệu quan trắc độ ẩm nhiều năm tại trạm khí tượng Bái Thượng. Giá trị độ ẩm trung bình thángđược trình bày ởbảng 3.4.
Bảng 3.4: Độ ẩm trung bình tại Bái Thượng
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tbình
W(%) 87 88 89 89 85 84 84 87 86 85 84 84 86
3.2.1.2. Bức xạ mặt trời
Sử dụng số liệu quan trắc bức xạ mặt trời của trạm khí tượng tại Vinh. Lựa chọn số liệu trực xạ mặt trời phù hợp với khu vực bố trí công trình (xem mặt bằng công trình) bao gồm số liệu trực xạ hướng đông và hướng tây cho mặt đứng và số liệu trực xạ cho mặt bằng. Các giá trị trực xạ được trình bày ở bảng 3.5.
Bảng 3.5: Trực xạ mặt trời tại khu vực công trình
Kcal/m2 ngày
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Đông 1293 1607 1454 1425 1785 1753 1844 1845 1815 1305 1338 1275
Tây 1327 1499 1471 1373 1849 1773 1999 2034 1780 1618 1560 1400
Mặt
bằng 3572 4274 4344 4035 5322 5351 5815 5712 5045 4052 3791 3510
3.2.1.3. Các đặc trưng vật liệu của bê tông CVC thân đập a. Các chỉ tiêu cơ lý
khối lượng riêngγbt=2.35 T/m3
Nhiệt dung riêng C = 938 J/kg.0C
Hệ số dãn nở nhiệt αn = 8,83E-06/0C
Hệ số co nhiệt αc = 8,83E-06/0C
Tính dẫn nhiệt của CVC mới đổ λ = 2,1 W/m.0C
Tính dẫn nhiệt của CVC đông cứng λ = 1,7 W/m.0C
b. Kết quả thí nghiệm nhiệt thủy hoá của CVC
Tổng lượng chất kết dính cho 1m3 CVC là 165 kg/m3.
- Kết quả thí nghiệm nhiệt thủy hoá của hỗn hợp CVC cho công trình như bảng 3.6.
Bảng 3.6: Nhiệt thủy hoá của chất kết dính
Thời gian (ngày) 3 7 28 90
115gPC40+50gPu* (J/g) 250 274 284 298
*Pu: cho mẫu PuzơlanNghĩa Đàn
- Đường cong nhiệt thủy hoá tính toán của hỗn hợp CVC được xác định trong phần mềm ContesPro 3.1 trên cơ sở phù hợp với tài liệu thí nghiệm về nhiệt thuỷ hoá của hỗn hợp CVCđược thể hiện trên Hình 3.2.
0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ngày Nh iệ t t hủ y ho á (J /g )
Hình 3.2: Đường cong nhiệt thủy hoá của chất kết dính c. Cường độ chịu nén của CVC
- Cường độ chịu nén của bê tông M150-Dmax100 được xác định theo các tuổi khác nhauđược trình bày ở bảng 3.7.
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén CVC
Tuổi (ngày) Cường độ (MPa)
7 12,8
28 16,5
90 17,8
- Từ kết qủa thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông xác định được
5.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 25.00 0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650
Tuổi bê tông (ngày)
Cư ờn g độ k há ng n én (M Pa )
Hình 3.3: Đường cong phát triển độ bền nén d. Cường độ chịu kéo của CVC
- Cường độ chịu kéocủa bê tông M150-Dmax100 được xác định theo các tuổi
khác nhau trình bày ởbảng 3.8.
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo CVC
Tuổi (ngày) Cường độ (MPa)
7 0,83
28 0,98
90 1,21
- Từ kết qủa thí nghiệm cường độ chịu kéocủa bê tông xác định được thông số của đường cong phát triển cường chịu kéo theo thời gian.
0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650
Tuổi bê tông (ngày)
Cư ờn g độ k há ng k éo (M Pa )
e. Mô đun đàn hồi của bê tông
Mô đun đàn hồi của bê tông M150-Dmax100 được xác định theo các tuổi khác nhau và trình bày trong bảng 3.9.
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của CVC
Tuổi (ngày) Cường độ (GPa)
7 16,1
28 19,5
90 21,0
f. Đặc tính từ biến và mô đun đàn hồi của CVC
Đặc tính từ biến của bê tông được xem xét thông qua hệ số giảm giá trị mô đun đàn hồi của bê tông. Hiện nay chưa có thí nghiệm từ biến của CVC, kiến nghị chọn mô đun đàn hồi có xét đến từ biến (mô đun đàn hồi hiệu qủa) của CVC là Eeff=0,6E
Phổ giá trị mô đun đàn hồi của bê tông có xét đến từ biến (mô đun đàn hồi hiệu quả) được đưa vào tính toán dựa trên dữ liệu thí nghiệm của bê tông tương tự có sử dụng Puzơlan do Viện bê tông JEJMS của Thụy Điển trình bày trên bảng 3.10.
Bảng 3.10: Dữ liệu mô đun đàn hồi của bê tông (GPa)
Thời gian tải trọng
(ngày)
Tuổi bê tông (ngày)
0.249 0.5 1.077 2.321 5 10.772 23.208 50 107.722 232.079 0.005 0.01 0.477745 1.20317 2.5459 1.61256 1.01471 0.654923 0.44958 0.335625 0.272927 0.05 0.01 0.120757 0.883242 3.08074 2.23122 1.48507 0.991668 0.692716 0.51987 0.423475 0.5 0.01 0.871864 2.60654 4.40769 3.25595 2.37662 1.66317 1.19412 0.915644 0.755913 5 0.01 0.861334 1.13862 2.79079 3.99341 3.27353 2.52008 1.90296 1.48196 1.22994 50 0.01 0.349055 1.31074 3.70409 4.60526 3.94683 3.31736 2.77975 2.35834 2.04967 500 0.01 0.254859 1.14166 3.36849 4.21316 3.65248 3.16064 2.81544 2.6235 2.54311 5000 0.01 0.205683 1.08876 3.23402 4.01578 3.48568 3.0251 2.71369 2.584 2.63491 10000 0.01 -0.01447 0.525917 1.57021 2.10719 7.57884 11.9196 14.9471 16.8096 17.7911
3.2.1.4. Nhiệt độ nước hồ
Hồ chứa công trình thủy điện Hủa Na là hồ điều tiết năm, như vậy nhiệt độ nước trong hồ chứa sẽ ổn định và theo các số liệu thực đo tại công trình thủy điện Hoà Bình, kiến nghị giá trị nhiệt độ nước trong hồ chứa trung bình là 200C.
3.2.1.5. Đặc tính cơ lý và đặc tính nhiệt của nền đá
- Mô đun đàn hồi của đá nền: E = 20 GPa - Hệ số Poisson: μ = 0,25
- Cường độ chịu néndọc trục: fc = 69,5 Mpa - Cường độ chịu kéodọc trục: fk = 5,0 Mpa - Khối lượng thể tích: γnền=2,62T/m3 - Nhiệt dung riêng: 850 J/Kg 0C
- Độ dẫn nhiệt: 3,1 W/m0C
3.2.2. Mô hình nhiệt độ xung quanh khối tính toán
3.2.2.1. Nhiệt độ môi trường tính toán
Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên các bề mặt CVC, ảnh hưởng do tổn thất nhiệt của CVC, do bức xạ sóng dài và ảnh hưởng tổn thất nhiệt của CVC do bốc hơi được mô phỏng bằng cách điều chỉnh vào chuỗi nhiệt độ môi trường tính toán xung quanh khối đập CVC.
Phương của các mặt tính toán cho đập CVC của thủy điện Hủa Na chọn theo hướng gần đúng với phương thực tế của đập là phương theo hướng đông cho mặt hạ lưu và hướng tây cho mặt thượng lưu.
Kết quả tính toán mô hình nhiệt độ môi trườngcó kể đến các tác động bức xạ mặt trời, độ ẩm bốc hơi và phát xạ của các bề mặt CVC tính toán được trình bày ở bảng 3.11.
Bảng 3.11: Kết quả tính toán nhiệt độ môi trường tính toán cho các bề mặt khối đập CVC và không khí
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB
Trung bình (0C) 17.6 19.4 22.0 25.2 27.1 27.1 26.9 25.7 24.5 23.0 20.7 18.2 23.1
Hạ lưu (0C) 19.1 21.1 23.3 26.9 29.1 29.3 29.0 27.8 26.6 24.8 22.3 19.6 24.9
Th. lưu(0C) 19.2 21.0 23.2 26.6 28.5 29.3 29.3 28.1 26.8 25.1 22.6 19.7 25.0
3.2.2.2. Tổn thất nhiệt vào nền đá
Nhiệt độ ổn định trong nền đá được xem là bằng nhiệt độ trung bình năm là
23.10C, việc bóc lộ tầng phủ và loại bỏ lớp bảo vệ trên mặt nền đá chỉ thực hiện trước khi thi công bê tông trong thời gian tương đối ngắn, do đó có thể xem nhiệt độ tính toán trong nền đá bằng nhiệt độ trung bình năm.
Quá trình thủy hóa của chất kết dính, một phần nhiệt sẽ được truyền vào nền đá theo nguyên tắc đối lưu; hệ số truyền nhiệt giữa CVC và nền đá được lấy theo kinh nghiệm bằng:
hc(CVC-Nền) = 0,03W/m2/0C
3.2.2.3. Đối lưu tại các bề mặt đập CVC
Đối lưu tại các bề mặt đập CVC phụ thuộc vào vị trí kết cấu và thời gian xây dựng, tích nước hồ chứa.
Thời kỳ xây dựng chưa tích nước, các mặt thượng lưu, hạ lưu và bề mặt đập tiếp xúc với không khí, hệ số truyền nhiệt trong trường hợp này được tính cho mặt đập CVC với không khí, trong điều kiện gió thổi có vận tốc trung bình là 1.7m/s,
phần mềm Contest Pro sẽ tự động tính toán giá trị hc(CVC-Không khí) khi có giá trị vận tốc gió theo công thứccủa Mandry:
hc(CVC-Không khí) = 5.6+3.95v khi v ≤ 5m/s (3-1) hc(CVC-Không khí) = 7.6v0.78 khi v > 5m/s (3-2)
Thời kỳ tích nước hồ chứa, các bề mặt tiếp xúc với nước lấy hệ số truyền nhiệt bề mặt CVC - nước, các bề mặt khác tương ứng lấy như các trường hợp nêu ở trên. Hệ số truyền nhiệt CVC - Nước được chọn theo kinh nghiệm bằng hằng số (trường hợp vận tốc gió bằng không) như sau:
hc(CVC-Nước) = 570W/m2/0C.
3.2.3. Nhiệt độban đầu của hổn hợp bê tông
Nhiệt độ ban đầu của bê tông hay nhiệt độ bê tông trước khi đổ xác định theo công thức:
Tp = Tb + ∆T (3-3)
Trong đó:
∆T - Chênh lệch nhiệt độ bê tông lúc ra khỏi máy trộn đến lúc vào khoảnh đổ
(0C). Nếu như nhiệt độlúc trộn gần như nhiệt độ không khí, thì lấy ∆T=0. Khi nhiệt độ không khí cao hơn nhiệt độ trộn thì ∆T dương; ngược lại, ∆T là âm. Trị số ∆T
quyết định bởi trị số trênh lệch nhiệt độ cối trộn bê tông với nhiệt độ không khí, thời gian vận chuyển và số lần trung chuyển hỗn hợp bê tông.
Tb - Nhiệt độ hỗn hợp bê tông sau khi trộn (0C). Khi trộn xi măng, cát, đá và nước có nhiệt độ khác nhau, do có sự truyền nhiệt giữa các loại vật liệu đó, nên hỗn hợp bê tông có nhiệt độ nhất định, chưa kể đến ảnh hưởng của nhiệt thủy hoá của xi
măng. Được tính theo công thức của TCVN 8219 : 2009: “Hỗn hợp bê tông thủy công và bê tông thủy công - Phương pháp thử”:
) (X C D N c N t D t c C t c X t c T b n D D t C X X b + + + + + + = (3-4) Trong đó :
cx, cc, cd, cb : Tỉ nhiệt của xi măng, cát, đá và hỗn hợp bê tông, cal/g.0C; tx, tc, td, tn, Tb : Nhiệt độ của xi măng, cát, đá, nước và hỗn hợp bê tông, 0C;
Nhiệt độ của nước được lấy bằng nhiệt độ nước bình quân trong tháng ở
vùng đó, nhiệt độ xi măng thì tuỳ thuộc vào kho bảo quản và công cụ vận
; ) ( 2 , 0 N D C X N D C X cb + + + + + + =
dùng cốt liệu bị phơi nắng một số tuần trước đó, thì nhiệt độ cốt liệu cao hơn
nhiệtđộ bình quân trong tháng từ 3 - 50C. Nhiệt độ của ximăng tùy thuộc vào kho bảo quản và công cụ vận chuyển vào trạm trộn. Với công trìnhthủy điện Hủa Na nhiệt độ xi măng thường ở mức 50-600C.
X, C, Đ, N: Khối lượng xi măng, cát, đá và nước trong 1 m3hỗn hợp bê tông hay trong một mẻ trộn, g. Với bê tông thân đập Hủa Na có thành phần cấp phối như
sau: X = 165x103 g; C = 612 x103g; Đ = 1499 x103 g; N = 160 lít.
Tỉ nhiệt của hỗn hợp bê tông được tính theo công thức:
(3-5)
Trong đó : cx = cc = cd = 0,2
Trong điều kiện bình thường cốt liệu chưa được qua xử lý thì nhiệt độ hỗn hợp được xác địnhở bảng 3.12:
Bảng 3.12: Nhiệt độ hỗ hợp bê tông trước khi đổ trong các tháng ( trong điều kiện bình thường, cốt liệu chưa được xử lý)
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Trung
Bình 17.60 19.40 22.00 25.20 27.10 27.10 26.90 25.70 24.50 23.00 20.70 18.20 23.12
Tp 23.1 24.3 26.1 28.3 29.6 29.6 29.5 28.6 27.8 26.8 25.2 23.5 26.9
3.2.3. Mô phỏng tiến độ thi công đập
Tiến độ thi công đập được khống chế bởi các mốc thời gian: + Thời gian bắt đầu thi công bê tông vào tháng 12/2010 + Đảm bảo cao trình vượt lũ +187.00 vào tháng 6/2011
+ Thời gian bắt đầu tích nước tháng vào 6/2012, phát điện tổ máy 1 vào tháng 8/2012 và tổ máy 2 vào tháng 11/2012
Trên cơ sở các mốc tiến độ thời gian, quá trình đổ bê tông CVC được mô phỏng theo tốc độ nâng đập từng lớp dày 1,5 m (phù hợp với năng lực nhà thầu), thời gian nghỉ giữa các khoảnh đổ từ 6 – 9 ngày. Cụ thể như sau: thời gian bắt đầu
thi công từ tháng 12/2010 tương ứng từ cao độ đáy thấp nhất +150,00 đến cao trình
+187,00 nghỉ giãn cách 6 ngày, từ cao trình +187,00 đến cao trình +220,00 nghỉ
giãn cách 9 ngày (vào mùa lũ) và từ cao độ +220,00 đến cao trình đỉnh đập +224.50 thời gian nghỉ giãn cách 6 ngày.Tổng thời gian thi công bê tông đập từ cao độ thấp nhất đến đỉnh là 501 ngày (16 tháng) Chi tiết thể hiện hình 3.5: Sơ đồ tốc độ lên đập khối H. 6/4/2011, 187.00 1/10/2012, 220.00 5/1/2012, 244.00 12/11/2010, 150 140 160 180 200 220 240 260 10/8/2010 26/2/2011 14/9/2011 1/4/2012 18/10/2012
Hình 3.5: Sơ đồ thi công lên đập dâng khối H
Các phương án tăng tiến độ thi công nhằm sớm đưa công trình vào vận hành sẽ được so chọn ở mục sau.
3.2.4. Mặt cắt và sơ đồ tính toán a). Mặt cắt tính toán
Lựa chọn mặt cắt đập tính toán: Chọn mặt cắt 1-1 thuộc khối đập dâng H tại khu vực bờ phải đây là mặt cắt có diện tích lớn nhất và tiến độ căng nhất để phân tích nhiệt (xem hình Hình 3.6).
MC1 A B C D E F G H I J K L M N O MC1
Hình 3.6: Sơ đồ lựa chọn mặt cắt tính toán
Mặt cắt tính toán được mô phỏng cùng với nền có chiều sâu và rộng về thượng hạ lưu 25m tính từ mép đập, tại biên nhiệt độ được coi như không còn phụ thuộc và nhiệt thủy hóa của bê tông và bằng với nhiệt độ bên ngoài của môi trường.
Tim tuyÕn ®Ëp
H
Hình 3.7: Mặt cắt tính toán
b). Sơ đồ tính toán
Các khoảnh đổ thân đập được mô hình thành các lớp có độ dày 1.5m. Chia
chia với kích thước 1-:-8.0m. Sơ đồ lưới phần tử trình bày trên hình 3.8 và 3.9.
Bước thời gian được chọn mặc định là 1 giờ. Thời gian phân tích tối đa là 10 năm (87,000 giờ).
Hình 3.8 : Mô hình tính toán
Hình 3.9 : Sơ đồ lưới phần tử
Tại các biên của mô hình nhiệt được mô tả bằng các hàm thay đổi theo thời gian và theo nhiệt độ của môi trường bên ngoài. Tại các biên tiếp xúc với không khí