HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 1 Chương 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LI 2.1 Giới thiệu Phần 1 CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.2 Đòa lý – Đòa hình 2.3 Đòa chất 2.4 Khí hậu – Thủy văn 2.5 Môi trường Phần 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN 2.6 Loại và cấp CTTL 2.7 Nội dung tính toán 2.8 Tải trọng, lực và tổ hợp tải t rọng 2.9 Tính toán áp lực nước 2.10 Tính toán áp lực sóng 2.11 Tính toán áp lực bùn cát 2.12 Tính toán thấm HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 2 2.1 Quá trình thiết kế, xây dựng và khai thác CTTL * Qui hoạch dự án: đề ra các biện pháp để khai thác tổng hợp, bảo vệ và quản lý tối ưu, bền vững tài nguyên nước trong lưu vực. * Thiết kế: x Báo cáo đầu tư (Nghiên cứu tiền khả thi): - Đối với các CT nhóm A có vốn đầu tư > 400 tỉ đồng. - Lập hồ sơ xin chủ trương xây dựng CT để cấp có thẩm quyền xem xét cho phép đầu tư. x Dự án đầu tư (Nghiên cứu khả thi): - Đề xuất một số phương án tuyến, bố trí CT, kết cấu CT chính, để có thể phân tích, so sánh và chọn phương án tốt nhất. - Đề xuất các chương trình khảo sát và nghiên cứu tiếp theo. x Thiết kế kỹ thuật – Tổng dự toán: Thiết kế chi tiết các hạng mục CT của phương án đã chọn. x Thiết kế thi công – Dự toán: Phân tích, lựa chọn phương án tổ chức và kỹ thuật thi công CT. * Thi công. * Vận hành và Quản lý. HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 3 Phần 1 CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.2 Đòa lý - Đòa hình * Vò trí đòa lý của khu vực xây dựng. * Diện tích lưu vực. * Diện tích lòng hồ (nếu là hồ chứa). 2.3 Đòa chất 2.3.1 Đòa chất kiến tạo: xác đònh nguồn gốc và quá trình hình thành đất đá, các chuyển động kiến t ạo trong khu vực xây dựng. 2.3.2 Đòa chất công trình - Đòa chất thủy văn: * Đo vẽ các bản đồ ĐCCT và ĐCTV. * Xác đònh (ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm) các đặc tính cơ-lý của đất đá để làm nền CT và vật liệu xây dựng. 2.3.3 Thổ nhưỡng * Các loại đất thổ nhưỡng cho c ác loại cây trồng dự kiến (nếu công trình được xây dựng để phục vụ tưới) 2.4 Khí tượng - Thủy văn * Khí tượng: nhiệt độ, độ ẩm không khí, nắng, gió, bốc hơi, mưa. * Thủy văn: lưu l ượng dòng chảy (mặt, ngầm), bùn cát. 2.5 Môi trường * Môi trường tự nhiên: các hệ sinh thái dưới nước, trên cạn. * Môi trường xã hội:tình hình dân cư, nông nghiệp, thủy lợi, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông, …… HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 4 Phần 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN 2.6 Phân cấp CTTL * Theo thời gian sử dụng: - CT lâu dài: được sử dụng thường xuyên. (đập dâng, CT tháo lũ, CT lấy nước, nhà máy TĐ, trạm bơm, ……) - CT tạm thời: chỉ được sử dụng trong thời gian thi công hoặc sửa chữa các CT lâu dài (đê quai, các CT dẫn dòng thi công, …). * Theo mục đích và tầm quan trọng: - CT chủ yếu:khi bò hư hỏng sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của nhà máy TĐ, hệ thống tưới/tiêu/giao thông thủy, … (đập dâng, CT tháo lũ, CT lấy nước, trạm bơm, âu tàu, …) - CT thứ yếu: khi bò hư hỏng sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các CT chủ yếu (cửa van sửa chữa, tường hướng dòng, …). ** Phân cấp CTTL: x Có tầm quan trọng hàng đầu vì nó quyết đònh các chỉ tiêu thiết kế (tần suất tính toán, hệ số an toàn) o ảnh hưởng đến khối lượng và giá thành CT. x Các CTTL được phân thành 5 cấp, có tầm quan trọng giảm dần từ I đến V. x Sự phân cấp CTTL phụ thuộc 2 điều kiện: - Bản thân CT (VLXD, chiều cao) và nền CT (đất, đá). - Qui mô phục vụ của CT (công suất nhà máy TĐ; diện tích tưới, tiêu, …). Cấp CT sẽ là cấp quan trọng hơn khisosánh2cấpxácđònh theo2điềukiệntrên. HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 5 TCXD VN 285: 2002 Bảng 2.1 Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ Cấp thiết kếLoại CTTL I II III IV V 1. Hệ thống thủy nông có diện tích được tưới hoặc diện tích tự nhiên khu tiêu, 10 3 ha 2. Nhà máy thủy điện có công suất, 10 3 kW 3. Công trình cấp nguồn nước (chưa xử lý) cho các ngành sản xuất khác có lưu lượng, m 3 /s t 50 t 300 t 20 <50y10 <300y50 <20y10 <10y2 <50y5 <10y2 <2y0,2 <5y0,2 <2 < 0,2 < 0,2 Bảng 2.2 Cấp thiết kế của công trình theo đặc tính kỹ thuật của các hạng mục CTT Cấp thiết kếLoại CTT Loại đất nền I II III IV V 1. Đập vật liệu đất, đất-đá có chiều cao lớn nhất, m A B C >100 >75 >50 >70 y100 >35y75 >25y50 >25y70 >15y35 >15y25 >10y25 >8y15 >8y15 d10 d8 d8 2. Đập bê tông, bê tông cốt thép các loại và các CTT chòu áp khác có chiều cao, m A B C >100 >50 >25 >60y100 >25y50 >20y25 >25y60 >10y25 >10y20 >10y25 >5y10 >5y10 d10 d5 d5 3. Tường chắn có chiều cao, m A B C >40 >30 >25 >25y40 >20y30 >18y25 >15y25 >12y20 >10y18 >8y15 >5y12 >4y8 d8 d5 d4 4. Hồ chứa có dung tích, 10 6 m 3 >1000 >200y1000 >20y200 >1y20 d1 A: nền đá; B: nền đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng; C: nền đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 6 2.7 Nội dung tính toán 2.7.1 Tính toán thủy văn * Tính toán dòng chảy năm, dòng chảy kiệt, dòng chảy lũ, dòng chảy bùn cát. * Tính toán điều tiết hồ chứa (để xác đònh mực nước dâng bình thường, MNDBT), điều tiết lũ ( để xác đònh các mực nước lũ thiết kế, MNLTK và lũ kiểm tra, MNLKT). 2.7.2 Tính toán thủy năng (đối với hồ chứa thủy điện) * Xác đònh công suất thiết kế của NMTĐ, loại và s ố tổ máy (tua-bin và máy phát), …… 2.7.3 Tính toán thủy lực * Xác đònh kích thước và chế độ thủy l ực của dòng chảy qua các loại CT tháo nước, lấy nước, …… 2.7.4 Tính toán lực tác dụng lên các CTTL * Xác đònh áp lực do nước, sóng, gió, bùn c át và các loại tải trọng khác tác dụng lên CT. 2.7.5 Tính toán thấm * Xác đònh gradient thấm, lưu lượng thấm, áp lực thấm, …… tác dụng lên CT. 2.7.6 Tính toán ổn đònh và biến dạng * Tính toán ổn đònh của CT và nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất. * Tính toán b iến dạng của CT và nền theo trạng thái giới hạn thứ hai. HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 7 2.7.7 Tính toán kết cấu * Tính toán kết cấu các CTTL theo 3 trạng t hái giới hạn: - Trạng thái giới hạn thứ nhất: tính khả năng chòu lực. - Trạng thái giới hạn thứ hai: tính biến dạng và chuyển vò. - Trạng thái giới hạn thứ ba: tính ổn đònh về nứt. 2.7.8 Tính toán dự báo tác động đối với môi trường * Dự báo các tác động tích cực và tiêu cực do CTTL gây ra đối với môi trường tự nhiên và xã hội. 2.7.9 Tính toán kinh tế * Tính toán giá thành CT và đánh giá hiệu quả kinh tế của CT. HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 8 2.8 Tải trọng và lực - Tổ hợp TT và lực tác dụng lên CTTL 2.8.1 Tải trọng (TT) và lực tác dụng (LTD) a) TT và LTD thường xuyên - Trọng lượng bản thân CT và các thiết bò cố đònh đ ặt trên nó. - Áp lực nước tónh và động, áp lực nước đẩy nổi và thấm, áp lực nước lỗ rỗng, …… ứng với MNDBT khi các bộ phận chống thấm và thoát nước làm việc bình thường. - Áp lực đất có kể TT đặt trên mặt. - Ứng suất trước của các kết cấu. b) TT và LTD tạm thời dài hạn - Áp lực đất bổ sung do biến dạng của nền và kết cấu, do thay đổi nhiệt độ. - Áplựcbùncát. - Lực sinh ra do co ngót hoặc từ biến. c) TT và LTD tạm thời ngắn hạn - TT do các thiết bò nâng, bốc dỡ, vận chuyển. - Áp lực do tàu thuyền và vật trôi nổi gây ra. - Áp lực do sóng. - Áplựcdogió. - Áp lực do nước va trong giai đoạn khai thác bình thường. - Áp lực mạch động trong các đường ống dẫn nước. d) TT và LTD tạm thời đặc biệt - Áp lực do động đất và nổ mìn. - Các loại áp lực nước tương ứng với mực nước lũ tính toán - Áp lực thấm khi các bộ phận chống thấm và thoát nước làm việc không bình thường. - Áp lực do gió khi có bão. - Áp lực nước va khi cắt tải hoàn toàn. HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 9 2.8.2 Tổ hợp TT và LTD a) Tổ hợp TT và LTD cơ bản = TT và LTD thường xuyên + TT và LTD tạm thời dài hạn + TT và LTD tạm thời ngắn hạn b) Tổ hợp TT và LTD đặc biệt = Tổ hợp TT và LTD cơ bản + Một trong số các TT và LTD tạm thời đặc biệt HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 10 2.9 Tính toán áp lực nước 2.9.1 Áp lực nước tónh W 1 = J H 1 2 .b / 2 o ; W 2 = J H 2 2 .b / 2 m W 3 = J .S ABC .b p ; W 4 = J .S A’B’C’ .b p b: chiều rộng công trình (A tờ giấy) 2.9.2 Áp lực thủy động W đ =k v U QV(1 - cos D đ ) Q: lưu lượng, V: vận tốc trung bình dòng chảy U: KLR của nước D đ : góc giữa hướng dòng chảy và mặt tác dụng k v : hệ số chảy vòng, f(hình dạng của mặt tác dụng) k v =1,0 k v =0,7 k v =0,4 Dạng bằng Dạng tròn Dạng tam giác W 3 CB W 4 C’ H 1 B’ W 1 AA’W 2 H 2 [...]... L2 H2 a1 a2 S1 S3 T1 S2 T2 a1 Đường viền thấm (ĐVT) * ĐVT: đường tiếp xúc giữa đáy CT và nền ( 1 -2 - 3-4 - 5-6 - 7-8 -9 ) * Trong t.h p t ng quát, ĐVT gồm ba phần: - Phần vào & phần ra: bản cọc vào 1 -2 -3 hay bậc vào 1-3 (khi không b.cọc) bản cọc ra 7-8 -9 hay bậc ra 7-9 (khi không b.cọc) - Phần trong: bản cọc trong 4-5 -6 hay bậc trong 4-6 (có thể có nhiều b.cọc trong) - Phần nằm ngang 3-4 và 6-7 35 HTS Thủy. .. ấy: q 12 2 1 23 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL * Trường hợp MTR không đồng chất &ø đẳng hướng: tg tg K1 2 K1 K2 Dòng thấm bò đổi hướng khi ngang qua mặt phân cách giữa 2 MTR có ĐDSTL khác nhau 1 Mặt phân cách K2 1 ds2 dl2 2 K1 ds1 K2 dl1 Trong MTR 1 có lưới vuông (ds1 = dl1) Trong MTR 2 có lưới chữ nhật (ds2 dl2) * Trường hợp MTR đồng chất & dò hướng: 2 Kx 2 H x Ky 2 H y 2 2 Kz... suất thủy lực V : V = Q/A = - K H/ s = KJtb 3.11 Dạng vi phân: Q = KAJ V = KJ v J = - dH/ds : gradient th Vận tốc thấm thực: V = V/n n: độ rỗng của MTR 18 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL * Giá trò tham khảo K của một số lo MTR: Loại MTR Cuội, đá nứt nẻ Sỏi Cát thô Cát mòn Á cát Á sét K (cm/s) 1 10 1 0-1 1 1 0 -2 1 0-1 1 0-5 1 0 -2 1 0-7 1 0-5 1 0-9 1 0-7 19 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ... H x 2 1 2 H y 2 1 2 H z2 z2 0 y K y / Ko K x / Ko 2 H 0: ; z1 z K z / Ko PT Laplace trong hệ tọa độ 1 (x1,y1,z1) 24 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL * Trường hợp MTR gồm nhiều lớp song song có chiều dày và ĐDSTL khác nhau: h1 K1 Dòng thấm // các lớp: n h2 K2 h3 K3 h1 K1 h2 K2 Ki hi h3 K3 Ktb i 1 n i 1 Dòng thấm hi các lớp: n Ktb i 1 n i hi hi 1 Ki 25 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ... Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL e PT liên tục của dòng thấm (n ) t r n: ( V ) 0 ; f PT mơ t const.) & Ch òng th : KLR c trong MTR khơng bi = const.) - PT liên t - PT Darcy: V V = KJ = - K H (K H ) 0 MTR khơng đồng chất & d h : Kx H Ky H Kz H x x y y z z MTR đồng chất & d h 2 Kx 2 H x Ky 2 H y 2 MTR khơng x K H x MTR 2 H x hay 2 H 2 y H 2 x 2 y chất & 2 2 H z2 : 2 Kz H z2 0 h chất & K 2 H z2 0:... & K 2 H z2 0: 0 , Ki(x,y,z) H y z h K : H z 0, K(x,y,z) : 0 : PT Laplace (3D) /v H(x,y,z) PT Laplace (2D) /v H(x,z) 22 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL * (x,z) = - kH (x,z): 2 x2 * 2 z2 thế vận tốc thấm 0: PT Laplace (2D) (x,z): hàm dòng, với 2 2 x2 z2 0: Vx z , Vz PT Laplace (2D) /v (x,z) x /v (x,z) Việc giải bài toán thấm được quy về việc giải PT Laplace với các điều kiện biên... (km), hos (m), os (m) * Công thức kinh nghiệm tính các thông số sóng của Andreianov: 5/ 1/ 2 hs 0, 020 8 10 4 D1/ 3 ; s 0,304 10 D 13 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 2. 10.3 Áp lực sóng * Thành CT thẳng đứng trong khu nước sâu: Ws 2 (H hs hs )( H pH ) H 2 2 hs 2 H cth với: hs s s hs pH = 2 H ch s 14 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 2. 11 Áp lực bùn cát * Trong... bản đáy (– l1 hq h H 1 1 arccos 1 b a x s 1 hq với 1 1 arccos a x s 1 a 0,5 1 l1 / s b 0,5 1 l2 / s 2 2 0): 2 Cột nước dọc theo phần hạ lưu bản đáy (0 h H x x l2): 2 b 1 l2 / s 1 l2 / s 1 x s 2 2 Lưu lượng thấm qua nền: Qq Q H 1 1 ar ch a 2 b 28 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL * Cách giải thủy lực học: có độ chính xác kém hơn cách giải trên vì phải dựa vào một số giả thiết để đơn... rất bé H= z + p/ + V2/2g c.n c.n c.n v áp su v v -cột nước đo áp z + p/ V2/2g được bỏ qua) b Đònh luật thấm Darcy c b (1D) 17 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL p1 s’ p2 * Kết luận từ thí nghiệm (1856): Lưu lượng thấm Q - (A) (A: dtích mặt cắt ướt c òng th - ( H) ( H = H2 – H1 : cột nước thấm) -1 ( s) ( s: chi ài dòng th ) Q = - KA H/ s = KAJtb 3.10 v Jtb = - H/ s: gradient th... toán (%) MNDBT MNGC 2 20 2 20 4 30 4 50 2. 10.1 Các yếu tố gây ra sóng a) Vận tốc gió * Vận tốc gió g ở chiều cao thực đo: được xác đònh theo tần suất gió tính toán (phụ thuộc cấp CT) * Vận tốc gió qui đổi tónh: ở chiều cao 10 m trên mực nước 10 10 =k g k : hệ số hiệu chỉnh Chiều cao thực đo (m) k 2 6,5 8 10 12 17 20 1 ,25 1,05 1,03 1,00 0,98 0,94 0,89 11 HTS Thủy công 1 Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết . 1 10 -2 y 10 -1 10 -5 y 10 -2 10 -7 y 10 -5 10 -9 y 10 -7 HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 20 c. Đònh luật thấm Darcy tәQJTXát (3D): GG V=KJ * Gradient thҩP J G =- H G : w w . lưu lượng, m 3 /s t 50 t 300 t 20 <50y10 <300y50 < ;20 y10 <10y2 <50y5 <10y2 <2y0 ,2 <5y0 ,2 < ;2 < 0 ,2 < 0 ,2 Bảng 2. 2 Cấp thiết kế của công trình theo đặc tính kỹ thuật của. HTS. Thủy công 1. Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế CTTL 1 Chương 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LI 2. 1 Giới thiệu Phần 1 CƠ SỞ DỮ LIỆU 2. 2 Đòa lý – Đòa hình 2. 3 Đòa chất 2. 4 Khí