Tải bản đầy đủ
Công trình thuộc cấp II có các chỉ tiêu thiết kế như sau:

Công trình thuộc cấp II có các chỉ tiêu thiết kế như sau:

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

+ Tần suất gió lớn nhất : p = 2%.
+ Tần suất gió bình quân lớn nhất : p = 50 %.
Tại tuyến đập dòng chảy chảy theo hớng Đông Bắc - Tây Nam nên hớng gió bất
lợi nhất đối với tuyến đập là hớng gió Đông Bắc =>Vmax2% = 28,8(m/s), Vtbmax = 16,4
(m/s) .
- Mức đảm bảo tính toán của chiều cao sóng: i = 1%.
- Hệ số vợt tải : nt = 1,2.
- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1.
- Hệ số tin cậy : kn = 1,2.
2.2. Mặt cắt cơ bản.

mnltk

2.2.1. Dạng mặt cắt.
Do đặc điểm chịu lực, mặt
cắt cơ bản của đập bê tông
trọng lực có dạng tam giác.

H1

đáy

(1-n)B

nB
s1

L1



L2

Đỉnh của mặt cắt có cao trình ngang với MNDGC = MNDBT + Hsc
Nh đã xác định ở phần tính toán điều tiết lũ ta có Hsc = 2m.
MNDGC = MNDBT + Hsc = 290 + 2= 292m
Chiều cao mặt cắt đập đợc xác định nh sau:
H1 = MNDGC - đáy = 292 224 = 68m
đáy cao trình đáy sông.
Chiều rộng đáy đập bao gồm đoạn hình chiếu của mái thợng lu là nB và đoạn hình
chiếu của mái hạ lu (1-n)B. Trị số n có thể chọn theo kinh nghiệm n = (0ữ0.1). Chọn n
= 0 (mái thợng lu thẳng đứng).
2.2.2 Xác định chiều rộng đáy đập.
b) Theo điều kiện ổn định.
84

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Chiều rộng đáy đập đợc xác định theo công thức (8-11) trang 216 sách giáo trình
thuỷ công tập 1.
H1

B = Kc



f ì 1 + n 1
n


Trong đó:
- H1: Chiều cao mặt cắt cơ bản đã xác định ở trên H1 = 68m
- f:

Hệ số ma sát giữa đập và nền = 0,55ữ0,75 với nền đá tơng đối tốt nh TĐ
Đồng Nai 5 ta lấy f = 0,7.

- n: Dung trọng của nớc = 1(T/m3)
- 1: Dung trọng của bê tông xây dựng đập = 2,4(T/m3)
- n: Hệ số mái thợng lu = 0
- 1: Hệ số cột nớc còn lại sau mng chống thấm. Để tăng ổn định cho đập và
công trình cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màn
chống thấm. Trị số 1 xác định theo mức độ xử lý nền sơ bộ có thể chọn 1 =
(0,4ữ0,6); chọn 1 = 0,5. Trị số 1 sẽ đợc chính xác hoá bởi việc tính toán xử lý
nền sau này.
- Kc: Hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định trong các
quy phạm mới, ổn định của công trình trên nền đợc đảm bảo khi:
Kc =

nc K n
m

Với:
- nc: Hệ số tổ hợp tải trọng = 1.
- m: Hệ số điều kiện làm việc, đối với công trình bê tông và bê tông cốt thép làm
việc trên nền đá thì m = 1.
- Kn: Hệ số phụ thuộc vào cấp công trình, với công trình cấp II lấy K = 1,2
Kc =

1ì 1,2
= 1,2
1

Vậy chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định l:

85

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5
B = 1,2

68
= 61.17 m
2,4

0,7 ì
+ 0 0,5
1,0


b) Theo điều kiện ứng suất.
Xác định theo công thức (8-5) trang 178 giáo trình thủy công tập 1 ta có:
B=

H1

1
(1 n ) ) + n ( 2 n ) 1
n

=

68
2,4
(1 0) ) + 0 ì ( 2 0) 0,5
1,0

= 49.19m

Từ hai điều kiện trên ta chọn chiều rộng đáy đập là B = 62m
2.3. Mặt cắt thực dụng của đập không tràn.
Từ mặt cắt cơ bản, ta tiến hành bổ xung một số chi tiết sẽ đợc mặt cắt thực dụng.
2.3.1. Xác định cao trình đỉnh đập.
Do đập bê tông mặt thợng lu thẳng đứng nên cao trình đỉnh đập bê tông phần không
tràn xác định từ hai điều kiện:
đ1 = MNLTK + h + s + a
đ2 = MNLKT + h'+ ' s + a '

Trong đó:
- MNLTK: Mực nớc lũ thiết kế MNDBT = 290m
- MNLKT: Mực nớc lũ kiểm tra MNDGC = 292m
- h, h: Độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất v gió bình quân
lớn nhất phụ thuộc vào cấp công trình.
- s, s: Đọ dềnh của sóng ứng với mức bảo đảm 1% ứng với gió tính toán lớn
nhất và gió bình quân lớn nhất.
- a, a: Độ cao an toàn dựa vào cấp công trình.
a) Xác định độ dềnh do gió và chiều cao sóng leo ứng với gió tính toán lớn nhất.
Xác định độ dềnh do gió h ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất:
h = 2.10 6

V 2D
cos B
gH

Trong đó:
86

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

- V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất = 28,8 m/s
- D: Đà gió ứng với trờng hợp MNDBT; chọn D =10Km
- B: Góc tạo bởi hớng gió tính toán lớn nhất và trục đập tính với trờng hợp bất
lợi nhất = 0o
- g: Gia tốc trọng trờng = 9,81m/s
- H: Cột nớc trớc đập ứng với trờng hợp MNDBT
H = MNDBT day = 290 224 = 66m

Vậy:

h = 2.10

6

28,8 2 ì 10000
cos 0 o = 0,026m
9,81ì 66

Xác định độ dềnh cao nhất của sóng do gió s ứng với vận tốc gió tính toán lớn
nhất.
Theo công thức (2-4) trang 21 giáo trình thuỷ công tập 1:
s = Ks ì hs1%

Trong đó:
- hs1%: Chiều cao sóng ứng với tần suất 1%
Giả sử sóng đang tính là sóng nớc sâu: H > 0,5
Tính các đại lợng không thứ nguyên:

gt gD
,
V V2

Với thời gian gió thổi liên tục (giây) = 6 giờ = 21600 giây
gt 9,81ì 21600
=
= 7357,5
V
28,8
gD 9,81ì 10000
=
= 118.3
V2
28,8 2

Tra dọc theo đờng cong ứng với

gH
= 0,78 đồ thị P2-1 giáo trình đồ án môn học
V2

thuỷ công, lấy giá trị nhỏ hơn ta đợc các giá trị không thứ nguyên:
Từ đó ta xác định đợc:

87

gh
g
= 0,019;
= 1,6
2
V
V

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5
0,019 ì 28.8 2
= 1,6m
9,81
1,6 ì 28.8
=
= 4,7giõy
9,81
h=

2

g
9,81ì 4,7 2
=
=
= 34,5m
2
2 ì 3,14

Tính ra:

Kiểm tra điều kiện sóng nớc sâu H = 66m > 0,5 = 17,25m l đúng.
Vậy ta có công thức tính chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l:
hs1% = K 1% ì hs

Với K1% tra đồ thị P2-2 đồ án môn học thủy công

gD
= 67,44 đợc K1% = 2,2. Vậy
V2

chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l:
h s1% = 2,2 ì 1,6 = 3,52m

- Ks: Hệ số xác định theo đồ thị 2-5a trang 23 giáo trình thủy công tập 1 ta có
ứng với

h
3,52
34,5
= 0,1 tra đợc Ks = 1,22.
=
= 0,52 v s1% =

34,5
H
66

Vậy ta có:

s = Ks ì hs1% = 1,22 x 3,52 = 4,3m

b) Xác định độ dềnh do gió và chiều cao sóng leo ứng với gió bình quân lớn nhất.


Xác định độ dềnh do gió h ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất:
h = 2.10

6

2
V 2D
6 16,4 ì 10000
cos B = 2.10
= 0,008m
gH 1
9,81ì 68

Trong đó:
- V: Vận tốc gió bình quân lớn nhất = 16,4m/s
- D: Đà sóng ứng với trờng hợp MNDGC = 10Km
- B: Góc tạo bởi hớng gió tính toán lớn nhất và trục đập tính với trờng hợp bất lợi
nhất = 0o
- g: Gia tốc trọng trờng = 9,81m/s
- H1: Cột nớc trớc đập ứng với trờng hợp MNDGC = 68m

88

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Xác định độ dềnh cao nhất của sóng leo do gió s ứng với vận tốc gió bình
quân lớn nhất:
' s = K 's ìh' s1%

Trong đó:
- hs1%: Chiều cao sóng ứng với tần suất 1%
Giả sử sóng đang tính là sóng nớc sâu: H 1 > 0,5
Tính các đại lợng không thứ nguyên:

gt gD
,
V V2

Với t là thời gian gió thổi liên tục tính bằng giây = 6 giây = 21.600 giây
gt 9,81ì 21.600
=
= 14513,42
V
14,6
gD 9,81ì 10000
=
= 460,2
V2
14,6 2

Tra theo đờng bao phía trên do

gH
3,12 đồ thị P2-1 giáo trình đồ án môn học
V2

thuỷ công, Lấy giá trị nhỏ hơn ta đợc các giá trị không thứ nguyên:
gh
g
= 0,033;
= 2,3
2
V
V

Từ đó xác định đợc:
0,033 ì14,6 2
= 0,72m
9,81
2,3 ì14,6
=
= 3,42 giõy
9,81
h=

2

g
9,81ì 3,42 2
Tính ra: =
=
= 18,3m
2
2 ì 3,14

Kiểm tra lại điều kiện sóng nớc sâu H 1 = 68m > 0,5 = 9,15m l đúng.
Vậy ta có công thức tính chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l:
h' s1% = K 1% ì hs

89

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Với K1% tra đồ thị P2-2 trang 138 đồ án môn học thuỷ công ứng với

gD
= 460,2 đV2

ợc K1%=2,21. Vậy chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l:
h' s1% = 2,21ì 0,72 = 1.6m

- Ks: Hệ số xác định theo đồ thị 2-5a trang 23 giáo trình thuỷ công tập 1 ta có


18,3

ứng với H = 68 = 0,27 v
1

h' s1%
1,6
=
= 0,087 tra đợc Ks = 1,21.

18,3

Vậy ta có: ' s = K ' ìh' s1% = 1,21 x 1,6 = 1,94m
s

c) Độ vợt cao an toàn
Tra bảng 5-1 trang 93 giáo trình thuỷ công tập 1 ta xác định đợc với công trình cấp
II có:
a = 0,7m với trờng hợp MNDBT.
a = 0,5m với trờng hợp MNDGC.
d) Xác định cao trình đỉnh đập.
đ1 = MNDBT + h + h sl + a = 290 + 0,026 + 4,3 + 0,7 = 295,026m
đ2 = MNDG + h'+ h' sl + a ' = 292 + 0,008 + 1,94 + 0,5 = 294,448m

Xác định cao trình đỉnh đập theo giá trị lớn nhất của hai giá trị trên. Vậy lấy cao
trình đỉnh đập có giá trị là:
đỉnh = 295,1m
2.3.2 Chiều rộng đỉnh đập.
Chiều rộng đỉnh đập phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu cấu tạo, bố trí cầu công tác, đờng giao thông, bố trí lới chắn rác, van công tác, van sửa chữa, ống thông hơi, thiết bị
nâng chuyển cửa van. Bố trí tối thiểu theo yêu cầu giao thông chọn B = 10m.
Mặt đập rải nhựa đờng dốc về 2 bên đờng với độ dốc 5%, nối liền cầu công tác đặt
trên trụ pin đập tràn, phía thợng lu có tờng chắn sóng, hai bên có rãnh thoát nớc.
2.3.3 Thiết bị thoát nớc và hành lang trong thân đập.
Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nớc trong thân đập và nền, kết
hợp để kiểm tra, sữa chữa; hành lang ở gần nền để sử dụng phụt vữa chống thấm. Kích
thớc hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi

90

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

công ;các hành lang khác chọn không nhỏ hơn 1,2x1,6 (m 2). Theo chiều cao đập, bố trí
hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia (15-20) (m).
3. Thiết kế đập tràn và tính toán tiêu năng.

3.1 Mặt cắt đập tràn.
Chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không, vì loại này có hệ số lu lợng tơng đối lớn và chế độ làm việc ổn định.
Cách xây dựng mặt cắt đập tràn nh sau:
- Cao trình ngỡng tràn : ng = 278m (tràn có cửa van).
- Chọn hệ trục toạ độ xoy có: trục ox ngang cao trình ngỡng tràn, hớng về hạ lu;
trục oy hớng xuống dới; gốc O ở mép thợng lu đập, ngang cao trình ngỡng tràn.
- Vẽ đờng cong theo tọa độ Ôphixêrốp trong hệ trục toạ độ đã chọn với:
Htk = MNLTK - ng = 292 278 = 14 (m)
Tra phụ lục (14-2) giáo trình bảng tra thuỷ lực, ứng với đập loại 1 ta đợc giá trị ,
với Htk = 1(m). Từ đó tính đợc toạ độ X, Y của mặt cắt ngang đập.
= . TK
= . TK

Kết quả tính toán ghi ở bảng sau:
Bảng 4.2: Toạ độ đờng cong đập tràn chân không




X

Y

0.00

0.13

0.00

1.76

0.10

0.04

1.40

0.50

0.20

0.01

2.80

0.10

0.30

0.00

4.20

0.00

0.40

0.01

5.60

0.10

0.60

0.06

8.40

0.84

0.80

0.15

11.20

2.06

1.00

0.26

14.00

3.58

91

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

1.20

0.39

16.80

5.50

1.40

0.57

19.60

7.91

1.70

0.87

23.80

12.22

2.00

1.24

28.00

17.29

2.50

1.96

35.00

27.44

3.00

2.82

42.00

39.54

3.50

3.82

49.00

53.45

4.00

4.93

56.00

69.02

4.50

6.22

63.00

87.08

Tịnh tiến đờng cong đó theo phơng ngang về hạ lu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ
lu của mặt cắt cơ bản tại điểm D.
Mặt cắt hạ lu nối tiếp với sân sau bằng mặt cắt có bán kính R.
R =(0,2 0,5)(P + Ht);
P : chiều cao đập : P = ng - đáy = 278 224 = 54 (m);
Ht : Cột nớc trên đỉnh tràn : Ht = 14 (m);
R = (0,2ữ0,5)( P+Ht ) = (0,2ữ0,5)(14 + 54) = 13,6 ữ34 (m) ;
Chọn R = 25m.
Mặt tràn nớc cuối cùng sẽ là mặt
ABCDEF nh hình vẽ, trong đó:

a

BC

D

AB - nhánh đi lên của đờng cong
Ôphixêrốp (khi mặt thợng lu đập tràn là
nghiêng, kéo dài đoạn aB về phía trớc
cho đến khi gặp mái thợng lu tại A);
BC - Đoạn nằm ngang trên đỉnh.

E

CD Một phần của nhánh đi xuống
Mặt cắt đập tràn thực dụng
của đờng cong Ôphixêrốp; DE 1 đoạn của mái hạ lu mặt cắt cơ bản.
EF Cung nối tiếp với sân sau.
92

R25.000

F

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

3.2 Tính toán tiêu năng.
Theo tính toán ở trên ta có:
Bt = 70m; Qtràn = 7816,8 (m3/s).
3.2.1. Xác định chế độ nối tiếp hạ lu.
Giả thiết cột nớc tràn ( từ Hmin - Hmax ); tính lu lợng tràn Qt với cột nớc và lu lợng
đó, tính độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp h c ( có thể tính theo phơng pháp tra bảng tìm
c của Agơrôtskin ). Lu lợng tính toán tiêu năng Qt ứng với (hc- hh ) lớn nhất.
Lu lợng tính toán tiêu năng đợc tính toán nh sau:
-

Bề rộng lòng sông sau đập tràn:
Bs = n.b + (n 1).dmt + 2.dmb = 5.14 + (5 1).3 + 2. 3 = 88m

-

Giả thiết H = ( Hmin ữ Hmax ); Với Hmax = 14m.

-

Tính QTN theo công thức: QTN = . n .m. b 2 g H 03 / 2

Trong đó:

= 1 0,2.

mb + (n 1) mt
H0
nb

Trụ pin đầu lợn tròn có hệ số hình dạng mt = 0,45. Mố bên cũng có đỉnh dầu lợn
tròn có hệ số hình dạng là mb = 0,7.
n: Hệ số chảy ngập, do đập cao nên dòng chảy không bị ảnh hởng của hạ lu. lấy
n = 1.
m: Hệ số lu lợng của đập tràn. Nh đã tính ở trên m = 0,479.
q=

Lu lợng đơn vị:

QTN
BS

- Tính các giá trị sau:
hK = 3

.q 2
; E0 = P1 + H0 = P + Ht ;
g

f ( c ) =

q
.
.E 03 / 2

Tra bảng 15-1 (trang 72 bảng tính thuỷ lực) ta đợc các giá trị: c hc = c ì H 0
Với là hệ số lu tốc của đập tràn; Lấy = 0,95.
-

Tính đợc QTN Zhl hh = Zhl - đáy.

-

Tính ( hc hh ).
93

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

-Tìm ( hc hh )max Lu lợng tiêu năng.
Ta thấy các giá trị (hc"-hh) < 0 vậy hình thức nối tiếp sau đập tràn là chảy ngập. Do
đó ở hạ lu đập tràn ta chỉ cần gia cố một lớp bê tông dầy 1m để tránh trôi đất ở hạ lu và
làm bằng phẳng đoạn nối tiếp ở hạ lu.
Chiều dài sân gia cố bằng chiều dài chảy ngập (ln).
Ls = ln = 4,5.hc = 4,5. 4,62 = 19,62m.
Chọn Ls = 20m.
3.2.2. Xác định chiều cao tờng cánh:
Khi tiến hành xả mặt thì phải xây tờng ngăn để ngăn không cho nớc tràn qua các
bộ phận khác của công trình.
Lu lựơng đơn vị qua mặt tràn: q =

QTR 7816,8
=
= 111,67 (m3/s).
BT
70

Độ sâu đờng mực nớc cuối dốc:
h=3

.q 2
1ì 111,67 2
=3
= 10,6m .
g
9,81

Vậy em bố trí tờng cánh cao 11m.
Bảng 4.3: Bảng tính lu lợng tiêu năng
H0



Qt

E0

q

F(tc)

"c

h"c

Zhl

hh

hc"-hh

12.0 0.914 5644.65 66.0 64.14 0.1259 0.304 3.648 238.416 14.416 -10.768
12.5 0.911 5977.65 66.5 67.93 0.1319 0.3096 3.870 238.860 14.860 -10.990
13.0 0.907 6315.01 67.0 71.76 0.1377 0.31 4.030 239.294 15.294 -11.264
13.5 0.904 6656.50 67.5 75.64 0.1436 0.3108 4.196 239.726 15.726 -11.530
14.0 0.900 7001.93 68.0 79.57 0.1494 0.3114 4.360 240.157 16.157 -11.797

94