2.3.8.1. Vấn đề kỹ thuật trong thiết kế công trình đê điều
tất cả các công trình đê điều phải quan tâm tới ổn định mái đắp, ổn định thấm, ổn định phần gia cố mái, thuỷ văn dòng chảy, các cao trình mực nước trung bình mùa kiệt, mực nước lũ. Ngoài ra đối với những đoạn đê có mặt đê kết hợp giao thông còn phải đặc biệt quan tâm tới việc xử lý kết cấu nền để đảm bảo tải trọng xe theo quy định.
Để tính toán kết cấu nền, mặt đê hiện tại vẫn đang dùng - 22 TCN 223- 95 - Quy trình thiết kế áo đường cứng, gần đây nhất là sử dụng theo QĐ số 3230/ QĐ- BGTVT ngày 14/12/2012 về việc ban hành quy định tạm thời về thiết kế mặt đường BTXM. Tuy nhiên, một số đoạn mặt đê vẫn xảy ra tình trạng nứt gãy dọc mặt đê điển hình như đê hữu Cầu đoạn K66-:- K67 mặc dù đơn vị tư vấn thiết kế đã áp dụng theo tiêu chuẩn 22 TCN 223- 95 và đơn vị thi công đã làm đúng đồ án thiết kế
Qua công trình này tác giả nhận thấy việc áp dụng nền đường giao thông để xử lý nền đê là không hợp lý vì các lý do sau:
Vật liệu xử lý nền đê vừa phải đảm bảo tính chống thấm, vừa đảm bảo cường độ, trong khi vật liệu đắp nền đường lại cần thoát nước tốt và đảm bảo cường độ. Thân đê chịu tác động của mực nước lũ nên xuống thất thường với biên độ cao trong khi nền đường chỉ ảnh hưởng mực nước ngầm tương đối ổn định dao động với biên độ thấp.
Việc thi công đầm nèn nền đê gặp khó khăn với những đoạn đê qua khu dân cư, nhà dân xây dựng sát mặt đê.
Lịch sử đất đắp đê kê ba chồng đấu nên việc xử lý nền đê gắp nhiều khó khăn Trong khuôn khổ của luận văn, chưa có điều kiện nghiên cứu sâu, tác giả đề nghị cần sớm có tiêu chuẩn ngành quy định về vấn đề xử lý nền đê.
2.3.8.2. Vấn đề kỹ thuật trong thiết kế kênh mương:
Trong thiết kế kênh mương vấn đề kỹ thuật đầu tiên phải quan tâm là diện tích lưu vực tưới tiêu, hệ số tưới tiêu, mực nước thiết kế, mực nước kiểm tra, hình thức mặt cắt thiết kế, vật liệu thiết kế, độ dốc thiết kế và biện pháp thi công công trình. Tuy nhiên, đối với kênh hình thang cứng hóa mái bằng bê tông đúc sẵn, hoặc đổ bê tông trực tiếp cần lưu ý các vấn đề kỹ thuật sau:
a) Thực trạng chất lượng của bê tông mái kênh:
Một trong những biện pháp kiên cố hóa kênh mương là sử dụng các tấm lát mái bê tông có kích thước thường là 500 x 500 x 60mm hoặc đổ bê tông trực tiếp lên mái kênh. Các tấm lát bê tông, và bê tông đổ trực tiếp lên mái kênh thường được thiết kế mác M200#. Tuy nhiên cả hai biện pháp trên sau khi thi công đưa vào sử dụng vẫn bộc lộ nhiều khiếm khuyết; Các kênh mương được lát mái bằng tấm bê tông thường bị sụt mái lõm vào hoặc phình ra làm hỏng hệ thống kênh mương gây thất thoát nước và không làm tròn nhiệm vụ của công trình. Loại hư hỏng này chúng ta thường thấy rất nhiều trên các kênh sử dụng tầng lọc là vải địa kỹ thuật và lát các tấm bê tông bên ngoài, như kênh tưới chính trạm bơm Kim Đôi.
Các kênh mương được đổ bê tông M200# trực tiếp trên mái, do có độ nghiêng, nền đất của mái kênh thi công chưa tốt dẫn đến việc thi công bê tông mái kênh không đạt yêu cầu, cường độ bê tông không đạt mác thiết kế đã và đang xẩy ra. Khi chất lượng bê tông không đạt yêu cầu, hiện tượng chủ yếu là không đầm được mà chỉ trát mặt ngoài, sau một thời gian vận hành nước thấm qua làm thất thoát nước và gây hư hỏng công trình.
b) Nguyên nhân chính gây nên các hư hỏng mái kênh * Mái kênh được lát các tấm bê tông
Đối với mái kênh lát bằng các tấm bê tông đúc sẵn, mặc dù theo thiết kế các tấm bê tông này đều phải có cường độ sau 28 ngày tuổi là 20MPa. Tuy nhiên do việc đúc thủ công (quá trình cân đong không đảm bảo, lượng nước dùng quá nhiều để cho dễ đổ ) nên thường cường độ không đạt yêu cầu, khi vận chuyển đến công trường thi công hay bị vỡ hoặc sứt mẻ. Một nguyên nhân nữa là do mái kênh đất trước khi rải vải địa kỹ thuật thi công chưa đạt độ chặt nên khi vận hành ( rút nước nhanh ) gây sụt lún toàn bộ mái kênh ( như hình 1 ).
*Mái kênh bọc bằng bê tông M200# đổ tại chỗ
Đối với mái kênh được bọc bằng bê tông đúc tại hiện trường, cũng tương tự như trường hợp a) mái đất thường thi công chưa đạt độ chặt yêu cầu, hơn thế nữa thi công bê tông ở mái nghiêng bằng thủ công hoặc có đầm bàn trên nền đất mềm
không có đủ độ đặc chắc thậm chí còn bị rỗng rất nhiều. Khi nói đến việc thi công bê tông là nói đến trộn hỗn hợp bê tông ( đá, cát, xi măng , nước và phụ gia ) đạt độ linh động ( độ sụt ) theo thiết kế và được đầm chặt trong khuôn hoặc khối đổ có cốp pha. Trong khi đó chúng ta thi công mái kênh thường không có cốp pha mà lại trên nền mềm, nghiêng do vậy chất lượng bê tông tất nhiên không đạt được như yêu cầu thiết kế. Mặc dù các cấp phối bê tông mái kênh đã được thiết kế trong các phòng thí nghiệm chắc chắn là đúng và đạt mác thiết kế ở tuổi 28 ngày nhưng đổ trong khuôn bằng thép hoặc bằng gang, chưa kể đến sự khác nhau giữa phòng thí nghiệm và hiện trường thi công. Theo tiêu chuẩn Anh thì sự chênh lệch giữa cường độ bê tông trong phòng thí nghiệm và hiện trường thi công là 20 đến 25%.
c) Một số biện pháp khắc phục
- Trước hết muốn đảm bảo cho kênh dù lát hay bọc bê tông đổ tại chỗ có chất lượng tốt phải cần thi công đất mái đạt độ chặt yêu cầu của thiết kế và phải được kiểm tra chặt chẽ;
- Đối với bê tông tấm lát cần phải sản xuất trên dây truyền công nghiệp hoặc nếu không thì phải kiểm tra cân đong vật liệu chính xác như cấp phối chuẩn và có tính tăng thêm 20 đến 25% cường độ sai lệch;
- Phải thiết kế cấp phối bê tông hợp lý sao cho cường độ ở tuổi 28 ngày trong phòng thí nghiệm đạt cao hơn yêu cầu thiết kế bê tông mái kênh là một cấp. Ví dụ bê tông mái kênh muốn đạt cường độ ở tuổi 28 ngày là 20MPa thì phải thiết kế bê tông trong phòng thí nghiệm là 30MPa;
- Vì mái kênh thường mặt cắt là hình thang, có độ dốc nghiêng, trình độ thi công bê tông nói chung của ngành thủy lợi chưa cao vì vậy cần đầu tư mua thiết bị thi công đặc chủng để góp phần nâng cao chất lượng thi công bê tông mái kênh.
2.3.8.3. Vấn đề kỹ thuật trong thiết kế trạm bơm:
Công trình trạm bơm bao gồm tổ hợp nhiều loại hạng mục công trình khác nhau như kênh mương, cống qua đê thuộc công trình đê điều, khu đầu mối, điện cao thế và máy biến áp, điện hạ thế, cơ khí nhà máy. Do vậy ngoài những vấn đề kỹ thuật đáng quan tâm ở các loại công trình đê điều, kênh mương tác giả đưa ra một
số lưu ý khác khi thiết kế trạm bơm:
1) Chọn tuyến công trình và vị trí đặt trạm bơm
Tuyến công trình phải đặc biệt lưu ý đến chất lượng thuỷ lực ở bể hút, buồng hút của trạm bơm. Nếu không có lí do gì khác thì tuyến công trình tốt nhất là vuông góc với kênh hút.
Kinh nghiệm cho thấy việc chọn tuyến có ảnh hưởng rất lớn đến việc bố trí công trình, biện pháp xử lý nền móng, biện pháp và tiến độ thi công, vấn đề an toàn trong thi công, vốn đầu tư công trình, chất lượng thuỷ lực của bể hút, buồng hút và cuối cùng là hiệu quả hoạt động.
2) Bố trí tổng thể công trình
Bố trí tổng thể trạm bơm cho hài hoà và hiệu quả cho vận hành sử dụng đồng thời giảm chi phí đầu tư.
Các trạm bơm hiện nay đa phần bố trí trạm biến thế một bên có đường vận hành riêng, nhà quản lí cùng với đường vận chuyển bơm và thiết bị được bố trí đồng thời đi cùng với sân và vào cổng chính của công trình. Nhà quản lí thường được xây dựng riêng tách hẳn với nhà máy.
Trạm biến thế bố trí sát phía bể hút của cửa vào nhà máy và được bố trí đường vận hành chung vào cổng chính. Cách bố trí này vừa đảm bảo công tác bảo vệ qua đêm, vừa đảm bảo khô ráo để đặt các tủ bảng điện bảo vệ hoặc các loại tủ điều khiển, vừa hợp lý khi quan sát toàn cảnh hoạt động của các máy..., vừa tiết kiệm chi phí đầu tư.
Nên cân nhắc bố trí tầng hai phía trên dàn kéo phai phía bể hút để xắp xếp các phòng họp chung, phòng điều khiển và các gian đặt các tủ điện, gian trực ngủ qua đêm cho cán bộ vận hành, có hành lang nhìn xuống gian động cơ bao quát được toàn bộ hoạt động của các tổ máy.
3) Nhà trạm, bể hút, bể xả.
Tuỳ theo kết cấu máy bơm mà nhà máy là loại một sàn hay hai sàn, buồng khô hay buồng ướt. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể và loại máy mà lựa chọn loại kết cấu trạm cho phù hợp.
Thường các bơm có công suất lớn, lưu lượng trên 20.000m3/h, người ta chọn bơm loại kết cấu hai sàn. Những nhà máy có yêu cầu máy bơm dài(dao động mực nước hút lớn) cũng nên chọn kiểu hai sàn, lựa chọn đúng loại sẽ đảm bảo tổ máy hoạt động bền, đỡ rung và giảm được chi phí đầu tư.
+ Bể hút
Bể hút đóng vai trò rất quan trọng quyết định nhiều đến chất lượng thuỷ lực của buồng hút và do đó ảnh hưởng đến độ bền và hiệu suất làm việc của máy bơm. Cho đến nay hầu hết các trạm bơm lớn vấn đề bể hút và buồng hút vẫn chưa được cải thiện nhiều, đa số các trạm bơm lớn khi hoạt động hai máy hai đầu nhà máy thường vẫn bị thiếu nước, bị xoáy, máy rung nhiều và chóng hỏng.
Nhiều trạm bơm khi thiết kế bể hút mái dốc của đoạn mở rộng nối tiếp với công trình lấy nước bằng tường cánh gà không đảm bảo góc 45 độ với trục tim của trụ pin biên của công trình lấy nước, không kiểm tra bằng mô hình toán hoặc mô hình vật lý
+ Buồng hút
Buồng hút có kích thước định hình được tính theo các công thức kinh nghiệm. Tuỳ loại kết cấu máy mà buồng hút có kết cấu khác nhau. Buồng hút của các loại bơm có lưu lượng lớn phải được đặc biệt chú ý đến chất lượng thuỷ lực, nhất là loại bơm kiểu buồng ướt. Khi hoạt động, do có nhớt nên lớp nước trước bánh công tác cũng có vận tốc vòng và quay theo chiều quay của cánh, kết hợp với dòng vào buồng hút không đối xứng nên tạo thành các loại xoáy mặt và xoáy ngầm. Xoáy mặt chúng ta dễ dàng phát hiện bởi các phễu khí, riêng xoáy ngầm phải có kinh nghiệm nghe qua tiếng động bất thường về thuỷ lực khi bơm vận hành. Cả hai loại xoáy này đều gây rung động máy và làm cho máy chóng hỏng. Người ta thường bố trí chóp dẫn dòng ở buồng hút hoặc các vách dẫn dòng ở phía cuối buồng hút để làm nhiệm vụ hướng dòng và tránh hiện tượng phát sinh xoáy. Đây không phải là giải pháp phá xoáy mà là hướng dòng để không có xoáy. Ngoài ra, do xoáy hai bên cánh gà nên buồng hút của hai máy hai đầu nhà máy thường bị bồi lắng, thiếu nước và gây xoáy làm bơm chóng hỏng.
Với mỗi loại máy bơm lắp đặt ở nhà máy kiểu buồng ướt, các trị số h1, h2, B và Lmin đều được nhà máy chế tạo ghi trên bản vẽ bố trí máy bơm của cataloge giới thiệu sản phẩm. Cán bộ tư vấn nên tham khảo cả các thông số tính toán theo các công thức trong sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi để lựa chọn thông số tốt nhất, không nên chỉ tính toán và lấy theo các công thức tính theo Dv, hoặc các trường hợp buồng hút chỉ tính theo chỉ dẫn của nhà thầu cung cấp máy.
Thường các bơm lớn có lưu lượng trên 10.000m3/h tốt nhất là làm buồng hút có ống hút cong được làm bằng bê tông hoặc thép gắn vào bê tông. Trường hợp những bơm còn lại phải bố trí chớp dẫn dòng đồng thời với các giải pháp kết cấu buồng hút để dẫn dòng đảm bảo không sinh xoáy(Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi phần 2 tập 3, trang 252). Những kích thước được tính toán và cần thiết phải được kiểm tra chí ít cũng bằng mô hình toán để kiểm soát được dòng chảy vào bơm đảm bảo phân bố đều và ổn định.
Cũng phải lưu ý rằng kích thước Dv của các nhà chế tạo bơm không giống nhau khi có cùng một đường kính cánh. Vì vậy công thức tính toán các kích thước dựa vào Dv sẽ không giống nhau khi so sánh các bơm có cùng một thông số Q, H của các công ty chế tạo bơm khác nhau. Người thiết kế phải có kinh nghiệm và so sánh với các buồng hút của các máy bơm có Q, H cùng loại đã được xây dựng trước đây có chế độ thuỷ lực buồng hút tốt mà quyết định thông số cho phù hợp.
+ Sàn bơm
Sàn đặt bơm thường được bố trí quạt hút để thông gió. Một số trạm mới xây dựng, bố trí quá nhiều quạt và công suất quá lớn, trong khi sàn đặt động cơ bố trí quá ít.
+ Sàn động cơ
Cần phải tính toán bố trí quạt thông gió, vừa để lưu thông không khí đảm bảo thoáng mát cho cán bộ vận hành vừa để làm mát thiết bị
+ Gian sửa chữa và gian phân phối điện.
Hầu như gian sửa chữa của các trạm bơm đều bố trí ngay gian đầu tiên vào nhà trạm. Bố trí như vậy sẽ rất bất tiện cho việc giao thông và mỹ quan, đồng thời khi
bố trí gian sửa chữa ở đầu nhà máy thì gian điều khiển phân phối điện ở cuối nhà máy và chính điều này cũng làm khó khăn cho việc cần phải sử lý đóng ngắt trong trường hợp đặc biệt (hoả hoạn, chạm điện…). Gian sửa chữa nên có cấu tạo sàn bằng gỗ để đảm bảo đặt các chi tiết bơm được ổn định và có thể dùng được lâu bền.
+ Bể xả
Sau nhà trạm là bể xả, bể xả được nối với nhà trạm theo hai hình thức: Bể xả liền nhà máy hoăc bể xả tách rời nhà máy. Hai hình thức bố trí này hình thức bể xả liền nhà trạm có khối lượng và giá thành rẻ hơn. Bể xả xây liền nhà máy chỉ hợp lý khi máy bơm có cột nước thấp. Trường hợp máy bơm có cột nước cao, mực nước lớn nhất ở bể xả cao hơn nhiều sàn đặt động cơ thì phải xây dựng bể xả xa nhà máy, đặt bể xả lên đất nguyên thổ nối tiếp bằng đường ống xả với máy bơm
4) Máy bơm
Máy bơm giữ vai trò chính trong quá trình vận hành khai thác. Mỗi loại bơm thích ứng với một số đặc điểm địa hình và có những ưu điểm phù hợp với những điều kiện tự nhiên, nếu chọn nhầm sẽ gây tốn kém và không phát huy được hiệu quả: Bơm chìm cho vùng có dao động mực nước bể hút lớn, thường ngập lụt. Bơm xiên cho vùng bãi sông tránh xây dựng nhà trạm phức tạp, Bơm hướng trục trục đứng khả năng hút kém nên phải bố trí cánh ngập dưới nước…Bơm hướng trục trục ngang cho những vị trí có địa chất xấu…
Cần lưu ý: Lựa chọn máy bơm đúng chủng loại, có tính năng phù hợp(Lưu ý