Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ DẪN DÒNG THI CÔNG

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ DẪN DÒNG THI CÔNG

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

Hồ Phiêng Lức thuộc khu vực Tây Bắc Việt Nam cho thấy trong năm có 2 mùa: mùa
khô hạn từ tháng XI đến tháng IV năm sau và mùa mưa từ tháng V đến tháng X. Trong
đó lượng mưa từ tháng V đến tháng X chiếm gần đến 80% tổng lượng mưa năm.
2.1.2.2. Địa hình
Cấu tạo địa hình của lòng sông và hai bên bờ tại khu vực công trình đầu mối
thủy lợi ảnh hưởng trực tiếp đến công tác ngăn dòng và dẫn dòng.
Vùng dự án là miền núi, địa hình sông suối rất dốc, nên có thể chọn công việc đào cống
để dẫn dòng.
2.1.2.3. Lợi dụng dòng chảy tổng hợp
Cấp nước tưới cho 700ha đất nông nghiệp.
Đảm bảo cung cấp nước sinh hoạt và chăn nuôi cho Thị trán Tân Uyên.
2.1.2.4. Kinh tế
Đảm bảo tiết kiệm chi phí thi công công trình đến mức tối đa.
Tận dụng được nguyên liệu địa phương đến mức có thể
2.1.2.5. Năng lực thi công
Khu vực dự kiến sử dụng đất để đắp đều có địa hình núi tương đối dốc, cần mở
đường vào khai thác. Đây là điều kiện bất lợi để khai thác đất đắp.
Trong khi lấy đất đắp đập ở nhiều vị trí của các mỏ có thể gặp các đá tảng chưa
phong hoá hết có thể gây khó khăn trong quá trình thi công, vì vậy cần có biện pháp
thi công phù hợp.
Để hạn chế diện tích khai thác, trong quá trình thi công lấy đất nên tận dụng đào
với độ sâu tối đa có thể và cần tận dụng các đất đào móng đập và tràn để làm vật liệu
đắp đập.
Để đẩy nhanh tiến độ thi công và giảm giá thành công trình biện pháp thi công
chủ yếu bằng cơ giới
2.1.3. Những nguyên tắc chọn phương án dẫn dòng
- Thời gian thi công ngắ nhất.
- Chi phí dẫn dòng và giá thành công trình rẻ nhất.
- Thi công thuận lợi, an toàn, chất lượng cao.
- Bảo đảm tối đa yêu cầu lợi dụng tổng hợp dòng chảy.
2.1.4. Các bước lựa chọn phương án dẫn dòng
- Tập hợp và nghiên cứu các tài kiệu cơ bản.
SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 14

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

- Đề xuất các phương án dẫn dòng.
- Xác định tiến độ thi công dẫn dòng.
- Xác định cấp công trình dẫn dòng, tần suất lưu lượng thiết kế và lưu lượng
thiết kế dẫn dòng.
- Lựa chọn kết cấu các công trình dẫn dòng, tính toán ổn định của công trình
dẫn dòng, và của lòng dẫn mới.
- Tính toán thủy lực dẫn dòng.
- Tính toán kinh tế và chọn phương án hợp lý nhất.
2.2. Đề xuất, lựa chọn phương án dẫn
2.2.1. Đề suất phương án
Phương án 1:
Năm Thời gian

Công

Tần

Lưu

thi

trình dẫn

suất

lượng

công

dòng

dẫn

dẫn

dòng

dòng

Giai đoạn :I

Lòng

mùa khô
năm nhất

sông tự

(tháng 11 đến
tháng 4 năm
1

Công việc thực hiện

- Đào kênh dẫn dòng, cao
trình cửa vào +535 m
- Đắp đê quai thượng lưu để
nước chảy vào kênh

nhiên và
kênh dẫn

- Đào móng thi công hoàn
thiện cống dẫn dòng bên bờ
phải, cao trình đáy cống +
540 m

sau)

- Đào móng cống lấy nước
- Đắp đập bờ trái đến cao
trình vượt lũ
Giai đoạn II:

Kênh dẫn

- Thi công hoàn thiện cống
lấy nước

Mùa lũ năm
nhất
(tháng 5 đến

- Thi công đắp tiếp đập bờ
trái đến cao trình thiết kế

tháng 10)

- Đào móng tràn chính

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 15

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

Giai đoạn III: Cống dẫn
Mùa khô
năm hai

- Đắp đê quai thượng, hạ
lưu ngăn toàn bộ lòng sông

dòng

- Bóc lớp phủ dưới lòng
suối và xử lý nền và đáy
chân khay phần hố móng

(tháng 11tháng 4 năm

2

sau)

- Đắp đập ngăn toàn dòng
sông lên cao trình vượt lũ

Giai đoạn IV: Tràn tạm

- Thi công tràn chính

Mùa lũ năm
hai

(yên

- Đắp đập lên cao trình thiết

ngựa)

kế

Giai đoạn V:

Cống dẫn

Mùa khô
năm ba

dòng

-Thi công hoàn thiện đập
phụ

(tháng 5-10)

3

- Hoàn thiện tràn chính

(tháng 11-

- Hoành triệt cống dẫn dòng

tháng 4 năm

vào cuối mùa khô.

sau)

- Lấp kênh dẫn

Phương án 2.
Năm Thời gian

Công

Tần

Lưu

thi

trình dẫn

suất

lượng

công

dòng

dẫn

dẫn

dòng

dòng

Giai đoạn I:

Lòng

mùa khô
năm nhất

suối tự

(tháng 11 đến

- Đào móng thi công hoàn
thiện cống dẫn dòng bên bờ
phải, cao trình đáy cống +
540 m

nhiên

- Đào móng cống lấy nước

tháng 4 năm
1

Công việc thực hiện

- Đắp đập bờ trái đến cao

sau)

trình vượt lũ

Giai đoạn II:

Lòng

Mùa lũ năm

suối thu

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

- Thi công hoàn thiện cống
lấy nước

Trang 16

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

nhất

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

hẹp

(tháng 5 đến

- Thi công đắp tiếp đập bờ
trái đến cao trình thiết kế

tháng 10)

- Đào móng tràn chính

Giai đoạn III: Cống dẫn
Mùa khô
năm hai

- Đắp đê quai thượng, hạ
lưu ngăn toàn bộ lòng sông

dòng

(tháng 112

- Bóc lớp phủ dưới lòng
suối và xử lý nền và đáy
chân khay phần hố móng

tháng 4 năm
sau)

Giai đoạn IV: Tràn tạm

- Thi công tràn chính

Mùa lũ năm
hai

(yên

- Đắp đập lên cao trình thiết

ngựa)

kế

Giai đoạn V:

Cống dẫn

Mùa khô
năm ba

dòng

-Thi công hoàn thiện đập
phụ

(tháng 5-10)

3

- Đắp đập ngăn toàn dòng
sông lên cao trình vượt lũ

- Hoàn thiện tràn chính

(tháng 11-

- Hoành triệt cống dẫn dòng

tháng 4 năm

vào cuối mùa khô.

sau)
2.2.2. So sánh phương án
Phương án 1:
Ưu điểm:
+ Dẫn dòng thuận lợi
+ Lợi dụng được điều kện địa hình
Nhược điểm:
+ Phải đào và lấp kênh dẫn dòng, gây tốn kém
+ Cường độ thi công vào giai đoạn 3 tương đối lớn
Phương án 2:
SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 17

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

Ưu điểm:
+ Mật độ công việc giữa các giai đoạn không quá chênh nhau
+ Khả năng dẫn dòng cả mùa lũ và mùa kiệt đều đảm bảo
Nhược điểm:
Vì lòng sông uốn lượn phức tạp nên để mà dẫn dòng qua lòng sông tự nhiên
toàn bộ mùa khô năm nhất thì việc đắp đập không được thuận lợi
Qua phân tích hai phương án thì chọn phương án 1 để dẫn dòng cho công trình.
2.3. Xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công
2.3.1. Xác định tần suất
Theo QCVN 04-05/2012, tần suất lưu lượng để thiết kế công trình tạm phục vụ
cho dẫn dòng thi công được xác định dựa vào cấp công trình và thời gian dẫn dòng của
công trình tạm. Công trình Phương Lức 2 là công trình cấp III, dẫn dòng qua nhiều
mùa khô chọn tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế công trình tạm phục
vụ cho công tác dẫn dòng là P=10%.
Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ
công tác dẫn dòng thi công
Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế công trình
tạm thời phục vụ dẫn dòng thi công, không lớn hơn, %
Dẫn dòng trong một mùa

Dẫn dòng từ hai mùa khô

khô

trở lên

Đặc biệt

5

2

I

10

5

II, III, IV

10

10

2.3.2. Xác định thời đoạn dẫn dòng
Căn cứ vào bố trí công trình đầu mối và đặc điểm khí tượng thủy văn chọn thời
đoạn dẫn dòng như sau:
+ Mùa kiệt từ tháng 11 đến tháng 4. (T =6 tháng).

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 18

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

+ Mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 10. (T = 6 tháng)
2.3.3. Xác định lưu lương thiết kế dẫn dòng
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn thiết
kế dẫn dòng thi công ứng với tần suất thiết kế đã chọn. Căn cứ vào lưu lượng trung
bình tháng trong thời đoạn dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn dòng đã chọn ở trên ta
chọn được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công như sau:
+ Mùa khô: QddTK = 19,52 m3/s
+ Mùa lũ: QddTK = 84,9 m3/s
Ta có phương án dẫn dòng cho công trình:
Năm Thời gian

Công

Tần

Lưu

thi

trình dẫn

suất

lượng

công

dòng

dẫn

dẫn

dòng

dòng

10%

19,52

Giai đoạn I:

Lòng

mùa khô
năm nhất

sông tự

(tháng 11 đến
tháng 4 năm
1

Công việc thực hiện

- Đào kênh dẫn dòng, cao
trình cửa vào +535 m
- Đắp đê quai thượng lưu để
nước chảy vào kênh

nhiên và
kênh dẫn

- Đào móng thi công hoàn
thiện cống dẫn dòng bên bờ
phải, cao trình đáy cống +
540 m

sau)

- Đào móng cống lấy nước
- Đắp đập bờ trái đến cao
trình vượt lũ
Giai đoạn II:

Kênh dẫn 10%

84,9

Mùa lũ năm
nhất

- Thi công hoàn thiện cống
lấy nước

(tháng 5 đến

- Thi công đắp tiếp đập bờ
trái đến cao trình thiết kế

tháng 10)

- Đào móng tràn chính

Giai đoạn III: Cống dẫn 10%
Mùa khô
năm hai

dòng

- Đắp đê quai thượng, hạ
lưu ngăn toàn bộ lòng sông
- Bóc lớp phủ dưới lòng
suối và xử lý nền và đáy
chân khay phần hố móng

(tháng 11tháng 4 năm
SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

19,52

Trang 19

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

2

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

sau)

- Đắp đập ngăn toàn dòng
sông lên cao trình vượt lũ

Giai đoạn IV: Tràn tạm
Mùa lũ năm
hai
(tháng 5-10)

3

10%

84,9

- Thi công tràn chính

(yên

- Đắp đập lên cao trình thiết

ngựa)

kế

Giai đoạn V:

Cống dẫn 10%

Mùa khô
năm ba

dòng

19,52

-Thi công hoàn thiện đập
phụ
- Hoàn thiện tràn chính

(tháng 11-

- Hoành triệt cống dẫn dòng

tháng 4 năm

vào cuối mùa khô.

sau)

- Lấp kênh dẫn

2.4. Tính toán thủy lực dẫn dòng
2.4.1. Mục đích tính toán thủy lực
Xác định theo từng giai đoạn dẫn dòng qua các công trình dẫn dòng khác nhau
của phương án.
- Xác định quan hệ Q~ ZHL khi dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp.
- Xác định hình thức cấu tạo và cách bố trí đê quai.
- Xác định cao trình đê quai thượng và hạ lưu.
- Xác định cao trình đắp đập chống lũ cuối mùa khô.
- Xác định lưu tốc thu hẹp để kiểm tra xói.
- Kiểm tra điều kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy.
- Kiểm tra khả năng dẫn dòng của lòng sông thiên nhiên có ảnh hưởng đến việc
thi công các công trình chính
2.4.2. Năm thi công thứ nhất
2.4.2.1. Tính toán thủy lực kênh mùa kiệt 1
a. Mục đích tính toán

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 20

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

Xác định mực nước đầu kênh để xác định cao trình đê quai
b. Nội dung tính toán
Bảng 1.8. Thông số của kênh đoạn thượng lưu:

3

Q(m /s
)

Độ
dốc

Chiều
dài

Chiều rộng
đáy kênh

(i)

L (m)

b (m)

Hệ
số

i

Zđầu kênh
(m)

Zcuối kênh
(m)

Độ
nhám
n

m
19,52

0,001

122

5

1

+535

+534,9

0,025

Sơ đồ tính toán thủy lực kênh dẫn
- Tính độ sâu dòng đều h0 và độ sâu phân giới hk để xác định đường mặt nước
trong kênh:
- Xác định độ sâu dòng đều h0: Độ sâu dòng đều được xác định theo phương
pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực:
- Cấp lưu lượng tính thuỷ lực kênh Qk = Qkp=10% = 19,52 m3/s.

4mo i
Q
f(Rln) =
Với: m = 1ta có m0 = 2

1 + m2 − m

=1,83

4 *1,83 0,001
19,52

f(Rln)=

= 0,012

Tra bảng tra (8-1) thuỷ lực tập I ta được: Rln = 1,28 (m)

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 21

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

bK/ Rln = 5/1,28= 3,9 tra bảng (8-3) thuỷ lực tập I ta được: h/ Rln = 1,631
=> h0 = Rln* (h/Rln) = 1,28 * 1,631 = 2,09 m
Xác định độ sâu phân giới (hk): Dùng công thức gần đúng.


h k 1 −
cn



hk =
3

αQ 2
gb 2

Với : hkcn =

3

σn
2
+ 0,105σ n 
3


1*19,522
9,81* 5 2

=

;

= 1,16 m ; σn =

m*h k cn
b

= 0,232

=> hk = 1,06 m
Ta thấy hk = 1,06 m Q

ω k C k Rk
2

Tính độ dốc ik: ik =

2
2

Trong đó:Q = 19,52 m3/s.
ωk = (b + mhk)hk = (5+ 1*1,06)*1,06 = 6,424 (m2)
χk = b + 2hk

Rk =

ωk
χk

1 + m2

1 + 12

= 5 + 2*1,06*

= 7,99(m)

= = 0,804 m
Rk

Tra phụ lục (8-2)-BTTL ta được: Ck

= 34,23

Vậy: ik = 19,522/ (6,4242 * 34,232) = 0,008
Do đó ta thấy: ik = 0,008 > i = 0,001 hay h > hk
Tra quan hệ Q ∼ Zhl ứng với Q=19,52 m3/s ta được Zhl = 535,62m
=> hhl = 535,62-534,9=0,72 < hk = 1,06 (m)
=> Vậy đường mặt nước có dạng là đường nước hạ, và độ sâu tại cửa ra của
kênh là:
hck = hk = 1,06 (m).
- Tính và vẽ đường mặt nước: Tính dòng ổn định không đều bằng phương pháp cộng
trực tiếp xuất phát từ độ sâu cuối kênh, công thức tính như sau:
Giả thiết các cột nước trong kênh hi từ giá trị hk ,ta xác định được:
SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 22

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

ωi
Diện tích mặt cắt ướt
Chu vi mặt cắt ướt:

= (b + mhi)hi (m2).
1 + m2

χi= b + 2hi

(m).

- Từ đó ta tính được vận tốc dòng chảy trong kênh: Vi =

Qi
ωi

(m2/s)

* Năng lượng đơn vị của dòng chảy
2

Vi
2g

Эi = hi + α


α V i2+1
2g

α V i2
2g
∆Э = Эi – Эi+1 ; Với Эi = hi +

* Bán kính thủy lực:

ωi
χi

Ri =

; Эi+1 = hi+1 +

(m).

* Hệ số Sêdi C ( áp dụng công thức Maninh):

* Độ dốc thủy lực

J=

J i +1 + J i
2

V2
C2R

Ji =

và suy ra

( )
Vi
C Ri

; Với Ji =

Ci =

2

; Ji+1 =

(

1 16
.Ri
n

Ji

V i +1
C Ri +1

)

2

- Theo phương pháp cộng trực tiếp khoảng cách giữa 2 mặt cắt
∆∋
∆l = i − j

- Chia kênh thành nhiều đoạn nhỏ và cộng lại ta sẽ có kết quả toàn đoạn kênh
n

∑ ∆l

l = lk = i =1

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 23

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế TCTC Công trình Phiêng Lức

Kết quả tính toán cho ở bảng sau:
Kết quả tính toán đường mặt nước trong kênh dẫn với Q = 19,52 m3
Э

J

3,03
9

V2/2
g
0,47
1

1,53
1

0,007
7

1230,
6

2,94
1

0,44
1

1,53
1

0,007

0,00
7

0,839
2

1266,
6

2,84
8

0,41
3

1,53
3

0,006
4

0,00
7

39,3
7

0,909
6

1410,
1

2,52
3

0,32
4

1,56
4

0,004
5

0,00
5

8,65

39,8
5

0,977
8

1552,
8

2,25
7

0,26

1,62

0,003
3

0,00
4

1,39

8,89

39,9
7

0,995
1

1589,
5

2,19
6

0,24
6

1,63
7

0,003

0,00
3

7

1,55

10,1
5

40,5
3

1,082

1777,
2

1,92
3

0,18
8

1,73
8

0,002
1

0,00
3

8

1,58

10,4
1

40,6
3

1,099
1

1814,
8

1,87
5

0,17
9

1,76
1

0,001
9

0,00
2

T
T

h(m
)

ω

C

R

C2R

V

1

1,06

6,42
4

38,5
7

0,803
2

1194,
6

2

1,09

6,63
8

38,7
1

0,821
3

3

1,12

6,85
4

38,8
5

4

1,24

7,73
8

5

1,36

6

Jtb

i-Jtb

∆Э

Li

L
0

0,006
4
0,005
7
0,004
5
0,002
9
0,002
2
0,001
6
-0,001

7*10^-

0,011
7

0,01
2

0,002
6

0,459

0,47
1

-0,031

6,958
4

7,42
9

19,05
8

26,4
9

7,956
1

34,4
4

65,32

99,7
6

22,51
5

122,
3

5

0,055
2
0,017
2
0,101
7
0,022
7

Tính với các cấp lưu lượng khác nhau ta được bảng thống kê hk, ho, hđk như sau:
Q(m3/s)

ho

hk

hđk

7

1

0,56

0,93

9

1,06

0,66

1,074

11

1,42

0,75

1,174

14

1,56

0,88

1,32

17

1,72

0,98

1,47

19,52

2,09

1,06

1,58

Từ bảng trên ta có biểu đồ quan hệ Q- hđk

SVTH: Nguyễn Văn Thế_53CT1

Trang 24

GVHD:PGS.TS Nguyễn Trọng Tư