Đồ án Công trình thủy điện sông Miện

hợp 1: Tổ hợp cơ bản 1,65 2,27 1,21 3,01 68,68 11,74 900 115 Trường hợp 1: Tổ hợp đặc biệt tổ hợp1 1,42 2,01 1,09 3,61 78,04 2,38 900 115 tổ hợp2 1,53 2,16 1,09 3,29 68,99 5,64 900 115 Từ bảng kết quả ta thấy phân đoạn đập đảm bảo ổn định về khả năng trượt phẳng, ổn đinh lật, và điều kiện bền. Chương 6: THIẾT KẾ CỬA LẤY NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN MỤC đích THIẾT KẾ: Mục đính thiết kế cửa lấy nước là phải tính toán xác định được thông số định dạng cửa lấy nước thõa mãn yêu cầu đặt ra. Trong đồ án này là cửa lấy nước cho nhà máy thủy điện dự định bố trí sau đập dâng. TÀI LIỆU THIẾT KẾ: Lưu lượng thiết kế: Q = Qpđmax= 47,63 (m3/s). Số đường ống n = 4. Số tổ máy 2 tổ máy. Hai đường ống cung cấp nước cho một tua bin. Tua bin thủy lực sử dụng là tuabin Kaplan - trục đứng. Mực nước trong hồ: MNDBT = 465 m. Mực nước chết : MNC = 458,7 m. Cao trình bùn cát: Zbc= 450 m. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CỬA LẤY NƯỚC: Nguyên tắc thiết kế cửa lấy nước là căn cứ vào yêu cầu, nhiệm vụ công trình, vào điều kiện tự nhiên, và sự bố trí các công trình dưới nước giả thiết một số phương án cửa lấy nước. Đối với mỗi phương án tiến hành theo các bước sau: Lựa chọn vị trí cửa lấy nước Lựa chọn vận tốc trước lưới chắn rác của cửa lấy nước. Lựa chọn hình dạng cửa lấy nước, hình dạng trần, hình dạng ngưỡng Lựa chọn bố trí cửa lấy nước và các thiết bị. Tính toán thủy lực và xác định được: tổn thất thủy lực và tổn thất thủy lực của cửa lấy nước và vẽ đường đo áp trong cửa lấy nước. Tính toán vốn đầu tư và chi phí cho từng phương án So sánh các phương án để chọn phương án hợp lý. THIẾT KẾ CỬA LẤY NƯỚC: Chọn vị trí cửa lấy nước trên mặt bằng: Vị trí cửa lấy nước phụ thuộc vào vị trí nhà máy thủy điện. Vị trí của nhà máy thủy điện phụ thuộc vào địa hình, các công trình khác, đặc biệt là công trình tháo lũ. Nhà máy thủy diện là nhà máy thủy điện sau đập dự định đặt ở sau mái hạ lưu đập bên bờ trái và nằm ở cao trình đồng mức khoảng 451 m. Lấy tuyến nhà máy thủy điện làm tuyến của cửa lấy nước. Đây là nhà máy thủy điện sau đập vì thế cửa lấy nước được bố trí trong đập hoặc tiếp giáp với mặt thượng lưu của đập. Ở đây chọn hình thức cửa lấy nước có áp đặt trong thân đập. Phân tích lựa chọn cao trình cửa lấy nước: Xác định cao trình khống chế trên. Chọn cao trình khống chế trên thấp hơn MNC là 1,5 m để đảm bảo không hình thành phễu xoáy nước trước CLN gây bất lợi cho vận hành của tổ máy : Cao trình khống chế trên: Zkc trên = MNC – 1,5 =458,7 – 1,5 = 457,2 m. Xác định cao trình khống chế dưới. Cao trình ngưỡng CLN chọn cao hơn cao trình bùn cát để đảm bảo bùn cát không bị cuốn vào CLN. Chọn cao trình CLN là 453,2 m. Cao trình ngưỡng cao hơn cao trình bùn cát là 453,2 – 450 = 3,2 m nên đảm bảo bùn cát không bị cuốn vào cửa lấy nước. Xác định vận tốc trước lưới chắn rác: Cửa lấy nước trong công trình này ngập dưới mực nước thượng lưu khoảng 465 – 452,2 = 12,8 m < (20-25) m. Do đó chọn vận tốc trước lưới chắn rác là Vlcr=1 m/s. Chọn hình dạng các bộ phận của cửa lấy nước: Mục tiêu cơ bản khi lựa chọn hình dạng các bộ phận cửa lấy nước của trạm thủy điện và các công trình năng lượng khác là giảm đến mức tối thiểu tổn thất cột nước và giá thành xây dựng cũng như thiết bị. Với mực đích đó, các bộ phận của cửa lấy nước phải có hình dạng và kích thước phù hợp với từng điều kiện cụ thể của kết cấu công trình. Từ các kết quả nghiên cứu trên các mô hình cho thấy rằng tổn thất cột nước trong cửa lấy nước nhỏ nhất nếu trần và ngưỡng của đoạn cửa vào có dạng elip như hình vẽ. Hình 7-10: Sơ đồ thiết kế cửa vào cửa lấy nước. Phương trình xác định đường cong trần: (6-1) Phương trình ngưỡng tràn: (6-2) Trong đó: là bán kính trục lớn của elip trần là bán kính trục lớn của elip ngưỡng là hệ số co hẹp đứng do trần gây ra là hệ số co hẹp đứng do ngưỡng tràn gây ra Với , trong đó:; với là chiều sâu trước cửa lấy nước , h là chiều cao ống dẫn nước Xác định các thành phần trong công thức Xác định đường kính ống h. Xác định đường kính ống thông qua tính toán kinh tế so sánh chọn phương án sao cho chi phí làm ống và tổn thất năng lượng điện do tổn thất cột nước trên đường ống gây ra là nhỏ nhất. Đây là đồ án thủy công nên em không đi sâu vào phần thủy điện do đó trong đồ án này em không xác định đường kính ống theo tính toán kinh tế mà chỉ xác định đường kính ống theo kinh nghiệm. Theo kinh nghiệm lưu tốc kinh tế của dòng chảy trong ống bê tông cốt thép . Chọn , khi đó đường kính mặt cắt ống là: Trong đó: là lưu lượng lớn nhất qua một ống Dường kích ống chọn là h = D = 2,7 m Vậy cao trình tâm cửa lấy nước bằng . Xác định a” Bằng cách giải hệ phương trình: Và Kết quả giải hệ phương trình trên được = 0,4237 và a” = 1,65 m. Xác định a’ tương tự như xác định a”: Và Kết quả giải 0,4245 và a’ = 4,71 m Từ và a’; a” suy ra: = (1- 0,4245).4,71=2,71 m = (1- 0,4237).1,65 = 0,95 m Vậy phương trình xác định dạng trần: Phương trình xác định ngưỡng BỐ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC: Sau khi xác định được phương trình định dạng trần và ngưỡng tiến hành bố trí cửa lấy nước sao cho vẫn giữ được hình dạng cơ bản và vừa thuận lợi cho thi công và vận hành Cửa lấy nước của trạm thủy điện thường bố trí hai cửa van: Van công tác ( van sự cố sửa chữa ) và van sửa chữa. Van sự cố sửa chữa dùng để điều chỉnh nước vào nhà máy thủy điện và đóng không cho nước chảy vào đường dẫn trong trường hợp có sự cố với đường dẫn hoặc với tổ máy cũng như khi sửa chữa chúng. Van sửa chữa dùng trong trường hợp sửa chữa kiểm tra định hình, kiểm tra định kỳ các thiết bị điện. Van này đặt trước van công tác. Van công tác được đóng trong nước chảy với vận tốc lớn nên đòi hỏi phải đủ sức nặng, lực đóng mở phải đủ lớn và luôn ở vị trí sẵn sàng làm việc. Van sửa chữa đóng xuống trong nước tĩnh nên không đòi hỏi lực đóng mở lớn và không yêu cầu phải đóng thật nhanh. Trong công trình này dùng một cửa van sửa chữa cho hai tổ máy, đóng mở bằng cần trục chân dê. Xác định vị trí van sửa chữa và van công tác (van sự cố sửa chữa): Đặt van sửa chữa cuối đoạn cong của phần cửa vào, kích thước khe van sửa chữa chọn như sau:Chiều sâu là 0,4 chiều rộng của van 0,8 m. Kích thước khe van công tác chọn như sau: sâu 0,5m, rộng 1,0m. Khoảng cách giữa van sửa chữa và van công tác là 2m Lưới chắn rác được bố trí phía thượng lưu trên tấm công xôn phía trước đập cho phép tăng được diện tích lưới chắc rác Xác định kích thước của cửa vào: Chiều cao cửa vào là 5,81 m Chiều rộng của cửa vào tính thông qua lưu tốc cho phép trước cửa lấy nước là 1 m/s Vậy kích thước của vào của một cửa lấy nước là : 6 x 2.7 m. Ta làm một lưới chắn rác trước một cửa lấy nước với kích thước 6 x 2.7 m. Tính toán kích thước ống thông khí: Ống thông khí được đặt sau cửa van công tác . Ống thông khí ngoài nhiệm vụ đưa không khí vào đường ống áp lực tránh làm vỡ ống nó còn dùng làm đường vào kiểm tra đường ống áp lực. Xác định lưu lượng thiết kế ống thông khí: Lưu lượng lớn nhất trong ống thông khí qua ống phụ thuộc vào phương thức bố trí đường ống áp lực sau nó. Đường ống áp lực được bố trí trong thân đập bê tông hoặc lấp đất thì khả năng vỡ ống rất ít xảy ra, vì vậy lưu lượng tính toán thông hơi bằng lưu lượng lớn nhất trong ống áp lực. Do đó lấy Qtk=Qmax = 11,9075 (m3/s), Vtk=30m/s Diện tích ống thông khí : Chọn hình dạng ống thông khí hình vuông, do đó kích thước ống thông khí là :. Ta chọn một ống thông khí hình vuông với kích thước b x b= 0.7 x 0.7m. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT CỬA LẤY NƯỚC : Tổn thất thủy lực trong cửa lấy nước phụ thuộc không chỉ vào hình dạng , kích thước các bộ phận của chúng mà còn phụ thuộc vào vị trí tương tương quan của các bộ phận đó. Vì vậy, để xác định chính xác các hệ số cản thủy lực của các bộ phận nói riêng và tổng tổn thất thủy lực trong toàn bộ cửa lấy nước nói chung cần dựa trên kết quả thực nghiệm. Trong thiết kế sơ bộ có thể sử dụng nguyên lý tổng cộng tổn thất của các bộ phận cửa lấy nước, có nghĩa là tính tổn thất thủy lực tính theo vận tốc dòng chảy trong ống áp lực. (6-3) Trong đó: xI - hệ số cản qua các bộ phận cửa lấy nước bao gồm các tổn thất cục bộ, tổn thất dọc đường …, được xem như xảy ra độc lập, không phụ thuộc vào vị trí tương quan của các bộ phận trong cửa lấy nước. Tính tổn thất cục bộ: Tổn thất cục bộ trong đường ống áp lực bao gồm các tổn thất tại cửa van, lưới chắn rác, tổn thất tại khe phai, tổn thất tại các đoạn cong. Công thức chung để xác định tổn thất cục bộ là: (6-4) Trong đó: vi: Lưu tốc tại vị trí tính toán xi : Hệ số tổn thất cục bộ tại vị trí tính toán . Tổn thất cửa vào : Hệ số tổn thất tại cửa vào theo qui phạm C1 -75 ta có: Với đầu vào thiết kế có dạng cong tròn hệ số sức kháng thủy lực tại cửa vào được tra trong đồ thị Hình 18 Quy phạm tính toán thủy lực cống dưới sâu: = 0,18 . Tổn thất qua khe van : Cửa van thiết kế là van phẳng vì vậy phụ thuộc vào độ rộng tương đối của khe van bn/b Trong đó : bn: Chiều rộng khe van. b : Bề rộng của cửa lấy nước tại nơi bố trí khe van. Giá trị của được tra theo quy phạm thủy lực cống dưới sâu C1-75 : Khi : trị số = 0,05 Khi : trị số = 0,10 Tổn thất qua khe van sửa chữa: = 0,10 Tổn thất qua khe van công tác : = 0,10 . Tổn thất qua lưới chắn rác : Hệ số tổn thất cục bộ qua lưới: xL = (6-5) Trong đó: b: hệ số hình dạng, với tiết diện tròn b = 1,97 S: đường kính của thanh thép lưới. Chọn S = 1cm b: khoảng trống giữa các thanh b = 5cm a: góc hợp với phương ngang a = 90o xL = . Tổn thất đoạn cong : Hệ số tổn thất trên chỗ cong xác định theo công thức: xcg = A.B.C (6-6) Trong đó: A: trị số phụ thuộc góc cong a (a là góc nghiêng giữa tuyến đường ống với phương nằm ngang, bằng góc nghiêng mái đập hạ lưu). Với a = 550 A = 0,683 B: trị số phụ thuộc tỷ số r0/Dr r0 = 5m: bán kính cong tính đến trục đường ống Dr = D = 2.7 m : Đường kính thủy lực Ta chọn trị số B = 0,125 C=1 : hệ số đối với mặt cắt cống hình tròn Do đó xcg = A.B.C = 0,6837.0,125.0,81 = 0,0854 Thay tất cả vào ta được cốt nước tổn thất cục bộ: = (0,18+0,1+0,1+0.23+0,0854) . = 0.07 m Tính tổn thất dọc đường: Tổn thất dọc đường tính theo công thức (6-7) Trong đó: l: hệ số sức cản dọc đường l= 0.1 ống BTCT D: Đường kính ống D=2,7 m L: Chiều dài ống.L = 30m v: vận tốc dòng chảy trong ống v = = 1,97 = m Vậy tổn thất cột nước trên đường ống và cửa lấy nước là: htt=0.29 m Chương 7: DẪN DÒNG THI CÔNG TÓM TẮT CÁC ĐIỀU KIỆN THI CÔNG 7.1.1 Điều kiện tự nhiên. 7.1.1.1 Điều kiện địa hình. Địa hình khu vực xây dựng có cao trình dao động từ 400-1000m, trong đó địa hình núi chiếm chủ yếu. Căn cứ vào kết quả khảo sát và mô tả thực địa có thể chia khu vực nghiên cứu ra các kiểu địa hình cơ bản:địa hình xâm thực-bóc mòn, địa hình tích tụ. Tại vị trí tuyến đập, lòng sông rộng khoảng 30m.Có dạng thung lũng hình thang, dao động lớn từ 30-400 tại vai phải và từ 15-200 tại vai trái. Chiều dày tầng cát cuội sỏi khoảng 2,5-3m. Vai trái tương đối thoải, thuận lợi cho việc bố trí các công trình đầu mối. 7.1.1.2 Điều kiện địa chất. Tầng phủ tại vai trái khoảng 10-15m, tạ vai phải khoảng 5-10m. Do tầng phủ khá dày nên khối lượng đào móng công trình lớn, khó khăn cho việc bố trí bãi thải. Phía bờ trái có địa chất tương đối tốt, thuận tiện cho bố trí công trình dẫn dòng. 7.1.1.3 Điều kiện thủy văn, đặc điểm dòng chảy. Lượng mưa phân bố không đều trên lưu vực, hơn 60% lưu vực sông Miện thuộc lãnh thổ Trung Quốc nên việc tính toán thủy văn tương đối khó khăn. Trong năm chế độ mưa phân ra làm hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Giữa hai mùa có sự tương phản sâu sắc về lượng, thời gian mưa. Mùa mưa bắt đầu từ tháng V và kết thúc vào tháng IX. Lượng mưa trong mùa mưa chiếm khoảng 77-80% tổng lượng mưa năm. Do vậy trong giai đoạn dẫn dòng thi công phải chia hai mùa dẫn dòng riêng biệt với hai lưu lượng dẫn dòng: lưu lượng dẫn dòng mùa lũ(Qmaxml p=10%=828 m3/s), lưu lượng dẫn dòng mùa kiệt(Qmaxmk p=10%=288,31 m3/s). Theo bảng 4.6 TCVN 285-2002 thì tần suất lưu lượng mực nước lớn nhất để thiết kế công trình tạm phục vụ công tác dẫn dòng ứng với công trình cấp III là 10%. 7.1.2 Điều kiện giao thông. Giao thông của vùng chưa được phát triển, tuy nhiên giao thông liên huyện và dự án trong khu vực tương đối thuận lợi. Từ đầu công trình đi vào phía thượng lưu của lòng hồ chủ yếu theo hệ thống các đường mòn nhỏ, một số đoạn đường mới được khai mở nhưng chất lượng còn kém. 7.1.3 Điều kiện vật liệu xây dựng. 7.1.3.1 Vật liệu làm cốt liệu bê tông. Qua quá trình đo vẽ xem xét tại thực địa nhận thấy nằm cách vị trí công trình 5km đi về trung tâm huyện Quảng Bạ có một mỏ đá vôi. Có tên là Dàng Chủ Phìn thuộc xã Các Tỷ, huyện Quảng Bạ. Kết quả thí nghiệm cho thấy: Khối lượng riêng 2,68g/cm3; khối lượng thể tích khô 2,68 g/cm3; cường độ chịu nén bão hoà 859-900 kg/cm2; đá ít bị ăn mòn; hàm lượng sun phát, sun phít 0,032%. Chất lượng đá gốc của mỏ này đạt yêu cầu làm cốt liệu bê tông theo 14TCN 70-2002. 7.1.3.2 Vật liệu cát sỏi. Trữ lượng 2 bãi cát tại bãi cát cách thượng lưu tuyến đập 20m, và cách hạ lưu tuyến đập 70m ước chừng đạt 15000-20000m3. Theo kết quả đánh giá 3 mẫu cát trên thì hàm lượng hữu cơ lớn hơn tiêu chuẩn cho phép, do đó nếu sử dụng các bãi cát trên làm vật liệu cho bê tông cần tiến hành khai thác và tuyển lọc, nhất là cần phải loại bỏ các tạp chất hữu cơ trong cát. 7.1.3.3. Các vật liệu khác. Các vật liệu khác như xi măng, sắt thép và các loại vật tư khác được mua tại thị xã Hà Giang vận chuyển thẳng tới công trình. Cự ly vận chuyển 70km. Thuốc nổ phục vụ thi công đào hố móng được lấy tại Hà Giang vận chuyển tới công trình cự ly 70km. Gỗ phục vụ cốp pha, lán trại khai thác tại địa phương. PHƯƠNG ÁN DẪN DÒNG THI CÔNG: Tài liệu tính toán. Thời gian thi công công trình dự kiến : 2 năm Cấp công trình: cấp III Tần suất lưu lượng tính toán dẫn dòng thi công p=10%. Lưu lượng nước đến tại tuyến công trình các tháng mùa kiệt tần suất p=10% ở bảng 7-1 dưới đây. Bảng 7-1: Lưu lượng dẫn dòng thi công các tháng mùa kiệt Thời đoạn tính Tuyến thủy điện Bát Đại Sơn P% Q10% Tháng I 10 43,78 Tháng II 10 48,4 Tháng III 10 89,32 Tháng IV 10 87,78 Tháng V 10 288,31 Tháng XI 10 198,44 Tháng XII 10 72,6 Các phương án dẫn dòng đề xuất: Qua phân tích các điều kiện trên ta đề xuất hai phương án dẫn dòng: Phương án 1: Tháo lũ thi công bằng lòng sông thu hẹp kết hợp kênh dẫn dòng mùa kiệt. Phương án 2: Tháo lũ thi công bằng lòng sông thu hẹp kết hợp với cống dẫn dòng mùa kiệt. Phân tích chọn phương án hợp lý: Phương án 1: Từ mặt cắt địa chất các tuyến ta cũng thấy được lớp đất phong hóa rất mỏng chỉ khoảng 2m , còn dưới nó là các lớp đá cứng , Do đó đào kênh gặp rất khó khăn và không kinh tế. Vả lại với điều kiện địa hình như thế tuyến kênh dẫn dòng rất dài và phải đào khối lượng lớn. Phương án 2: Ưu điểm của phương pháp này là lợi dụng ngay cống xả cát dưới thân đập để tháo nước thi công. Đồng thời, so với phương pháp dẫn dòng qua kênh dẫn thì phương pháp này đỡ tốn kém hơn, cho chi phí nhỏ hơn, cũng như thi công nhanh hơn và biện pháp thi công tương đối an toàn. Phương án chọn: Vậy ta chọn phương án dẫn dòng thi công qua lòng sông thu hẹp kết hợp với cống dẫn dòng. Nội dung phương án chọn: Bảng 7-2: Nội dung phương án dẫn dòng. Năm thi công Thời gian Công trình dẫn dòng Lưu lượng dẫn dòng (m3/s) Các công việc phải làm và các mốc khống chế (1) (2) (3) (4) (5) I Mùa kiệt từ tháng XI÷V Lòng sông thu hẹp bờ phải 288.31 - Làm công tác chuẩn bị - Đắp đê quai bờ trái. - Thi công vượt lũ các hạng mục công trình bờ trái: cống dẫn dòng, cống xả cát, thân đập. - Cuối tháng 5 dỡ bỏ đê quai. Mùa lũ Từ tháng VI÷X Lòng sông thu hẹp bờ phải; Cống dẫn dòng; cống xả cát. 828 - Tiếp tục đổ bê tông vai trái đập. - Thi công cửa lấy nước. - Đào móng nhà máy thủy điện. II Mùa kiệt từ tháng XI÷V Cống dẫn dòng 288.31 - Đầu tháng 12 lấp sông, đắp đê quai bờ phải. - Thi công phần đập hai vai đến cao trình vượt lũ. - Thi công tràn và hoàn thiện vào cuối tháng 5. - Tiếp tục thi công nhà máy thủy điện. Mùa lũ Từ tháng VI÷X Tràn tự do 828 - Hoàn thiện đập và các hạng mục khác. - Tích nước để phát điện - Tháng 8 phát điện tổ máy số 1 - Tháng 10 phát điện tổ máy số 2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG CHO PHƯƠNG ÁN CHỌN. Mục đích và các số liệu tính toán. Mục đích: Xác định mực nước và cao trình đê quai mùa kiệt , mùa lũ. Các thông số của cống: Cống dẫn dòng: Cao trình đáy cửa vào và cửa ra : 439 m Khẩu độ cống: BxHxL = 4 x 4,5 x 26m Số cống: 2 Cống xả cát: Cao trình đáy cửa vào và cửa ra : 441,1 m Khẩu độ cống: BxHxL = 1,5 x 2 x 26m Số cống: 1 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp mùa kiệt năm thứ nhất. Tháng 11 năm 2007 tiến hành khởi công công trình, phải đào hố móng, đổ bê tông cống dẫn ở bờ trái ở cao độ 439 m và thi công một phần đập dâng vai trái nên ta phải đắp đê quai thu hẹp một phần lòng sông. Việc thu hẹp lòng sông phải bảo đảm yêu cầu về mặt bằng thi công, mặt khác đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp nguồn nước cho hạ du mà không gây xói . Do vậy mức độ thu hẹp lòng sông phải hợp lí. Mức độ thu hẹp của lòng sông được xác định theo công thức K = x100% (7-1) Trong đó : K - Mức độ thu hẹp của lòng sông: K = 30% Ö 60%. 1 - Tiết diện ướt của sông mà đê quai và hố móng chiếm chỗ(m2). 2 - Tiết diện ướt của suối cũ (m2). Hình 7-1: Sơ dồ tính thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp. Lưu lượng dẫn dòng Q = 288,31m3/s ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng trong mùa kiệt năm 2007 là P=10%, tra quan hệ Q~ZHL có cao trình mực nước hạ lưu là 444,5 m. Giả thiết Zgt = 0,8 m ZTL = ZHL + Zgt = 444,5 + 0,8 = 445,3 m Dựa vào mặt cắt địa hình dọc tuyến đập xác định được w1=54.048 (m2) và w2=126.9477(m2).. Lưu tốc bình quân tại mặt cắt co hẹp. Tại mặt cắt co hẹp thì lưu tốc dòng chảy sẽ tăng lên và được xác định theo công thức Vc = (7-2) Trong đó : - hệ số thu hẹp, lòng sông thu hẹp một bên =0,95 Vc = Xác định độ cao nước dâng Z : Mực nước lòng sông sẽ dâng lên một đoạn Z khi lòng sông bị thu hẹp lại và được xá định bằng công thức: (7-3) Trong đó: j- Hệ số lưu tốc: j=0,85¸0,90. Chọn j=0,90. Vc - Lưu tốc bình quân tại mặt cắt co hẹp. Vo - lưu tốc tới gần: Vo=== 2,271 (m/s). 0,82 (m) Zgt = 0,8 m . Vậy giả thiết 0,8 là đúng K = Như vậy mức độ thu hẹp lòng sông là đảm bảo. Kiểm tra điều kiện chống xói. Công trình thuỷ điện Sông Miện có lòng sông tại tuyến đập là một lớp đất sườn tàn tích của đá trầm tích gồm á sét, á sét lẫn 10-15% dăm sạn, đất đá chặt vừa dày khoảng 2 m. Tra bảng 4 10TCVN4118 1995, lưu tốc cho phép không xói đối với đá trầm tích phong hóa mềm yếu là [V]KX= 3,5 m/s. So sánh: Vc > [V]KX Do vậy xảy ra hiện tượng xói tại mặt cắt co hẹp. Trong trường hợp này, do lớp đất sườn tích dưới lòng sông khá dày mà sau này ta cũng phải đào bỏ, đê quai dọc cũng phải phá nên ta có thể tận dụng lưu tốc dòng nước để đào xói bớt lớp đất đó và cuốn trôi một phần đê quai dọc. Phần phải gia cố ở đây là 2 lăng trụ đê quai thượng hạ lưu và một phần đê quai dọc để không làm ảnh hưởng đến công trình phía trong. Để khắc phục hiện tượng xói này ta dùng rọ đá 2,5x5,0x1,0 m . Theo quy phạm, lớp bảo vệ này có thể chịu được vận tốc dòng nước V=5,5 m/s khi độ sâu lớn hơn 1m do đó sẽ tránh được xói lở phần đất đá đắp. Vậy cao trình mực nước thượng lưu lúc này là: ZTL = ZHL + Zgt = 444,5 + 0,8 = 445,3 m ZHL = 444,5 m Cao trình đê quai thượng hạ lưu : ZđêquaiTL=ZTL + a ZđêquaiHL=ZHL + a Với a là độ vượt cao an toàn a = 0,35–0,7 m .Chọn a = 0,5 m ZđêquaiTL=ZTL + a = 445,3 +0,7 = 446 m ZđêquaiHL=ZHL + a = 444,5+0,5 = 445 m Tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp, cống dẫn dòng, cống xả cát mùa lũ năm thứ I. Cuối mùa kiệt năm 2007 đã thi công xong cống dẫn dòng, cống xả cát, và thi công đập đến cao trình vượt lũ. Mùa lũ năm 2007 chúng ta dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp, một phân lưu lượng chảy qua cống dẫn dòng, cống xả cát. Cống dẫn dòng có kích thước : Cao trình đáy cửa vào và cửa ra : 439 m Khẩu độ cống: BxHxL = 4 x 4,5 x 26m Số cống: 2 Cống xả cát có kích thước: Cao trình đáy cửa vào và cửa ra : 441.1 m Khẩu độ cống: BxHxL = 1x 1,5 x 26m Số cống: 1 Lưu lượng dẫn dòng mùa lũ năm 2007 là 828 m3/s Tra quan hệ Q~ZHL ta được MNHL = 447,25 m Xác định khả năng tháo của cống dẫn dòng và cống xả cát: Hình 7-2: Sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống Giả thiết cống chảy có áp ,áp dụng công thức tính thủy lực qua vòi hoặc ống ngắn. (7-3) Với hn > Hc/2 (7-4) Với hn < Hc/2 Ta có hn cdd = 447.25 - 439 = 8,25 m > Hc/2 =2.25 m hn cxc = 447.25 – 441.1 = 6,15 m > Hc/2 =1.25 m Vậy đối với cả hai cống ta đều dùng công thức (7-3) Trong đó : i : Độ dốc của cống i = 0,0 L : Chiều dài của cống L =26(m) Hc : Chiều cao cống : Tiết diện của cống (m2) : Hệ số lưu tốc, được tính bằng công thức: (7-5) Với: R : Bán kính thuỷ lực của cống C : Hệ số Sêdi xác định theo công thức Maninh : Hệ số, lấy=1 :Tổng các hệ số tổn thất cục bộ : Tổn thất do thu hẹp ở cửa vào = 0,15 : Tổn thất khe van = 0,1 : Tổn thất cửa ra = 1 = + += 0,15 + 0,1+1 = 1,25 Khả năng tháo của lòng sông thu hẹp: Xác định tương tự như dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp vào mùa kiệt. Nhưng chỉ một phần lưu lượng qua lòng sông thu hẹp phần còn lại qua cống dẫn dòng và cống xả cát. Cách tính: Giả thiết các cấp lưu lượng Qlsth qua lòng sông thu hẹp, với mỗi cấp lưu lượng tính toán đúng dần độ chênh cao DZ, tính toán được mực nước thượng lưu ZTL = ZHL + DZ. Ứng với mực nước thượng lưu ta tính toán lưu lượng qua cống dẫn dòng và cống xả cát theo công thức ở trên ta được các lưu lượng qua cống dẫn dòng Qcdd, lưu lượng qua cống xả cát Qxả cát . Khi tổng Qlsth + Qcdd + Qxả cát = Qdẫn dòng mùa lũ thì mực nước thượng hạ lưu tính được là mực nước cần tìm. Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 7-2 sau đây: Bảng 7-2 : Bảng tính toán dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp, cống dẫn dòng, cống xả cát. Qddml Qlsth DZgt w w1 vc vo DZtt Z wcdd R c jc Qddòng wcxc R c jc Qxảcát SQ 828 700 1.085 260.7 138.8 5.0 3.2 1.085 1.600 36 1.059 59.387 0.938 189.137 3 0.429 51.077 0.828 13.921 903.06 828 700 1.085 260.7 138.8 5.0 3.2 1.085 1.600 36 1.059 59.387 0.938 189.137 3 0.429 51.077 0.828 13.921 903.06 828 690 1.05 259.0 138.0 5.0 3.2 1.052 1.573 36 1.059 59.387 0.938 187.592 3 0.429 51.077 0.828 13.808 891.40 828 680 1.017 257.4 137.2 5.0 3.2 1.019 1.546 36 1.059 59.387 0.938 185.962 3 0.429 51.077 0.828 13.688 879.65 828 670 0.985 255.8 136.4 4.9 3.2 0.984 1.518 36 1.059 59.387 0.938 184.257 3 0.429 51.077 0.828 13.562 867.82 828 636.3 0.868 250.3 133.7 4.8 3.3 0.868 1.426 36 1.059 59.387 0.938 178.572 3 0.429 51.077 0.828 13.144 828.02 828 630 0.6 237.7 127.4 4.9 3.5 0.920 1.539 36 1.059 59.387 0.938 185.503 3 0.429 51.077 0.828 13.654 829.16 828 620 0.5 233.0 125.1 5.0 3.6 0.903 1.546 36 1.059 59.387 0.938 185.972 3 0.429 51.077 0.828 13.688 819.66 Vậy mực nước thượng hạ lưu là: MNHL = 447,25 m MNTL = MNHL + DZ = 447,25 + 0,868 = 448.118. Cao trình đê quai thượng hạ lưu: Zđêquai TL= MNTL + a = 448.118 + 0.7 = 448,818 m. Chọn 449 m ZđêquaiHL= ZHL + a = 447,25 + 0,7 = 447,95 m. Chọn 448 m Vận tốc ở mặt cắt thu hẹp Vc = > [Vkx] = 3,5 m/s Lòng sông tại mặt cắt co hẹp bị xói. Ta phải có biện pháp gia cố những chổ cần thiết như khu chân đập phía hạ lưu. Ở giữa lòng sông và vai phải có thể lợi dụng dòng chảy để xói bớt lớp đất tầng phủ. Tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống dẫn dòng: Lưu lượng dẫn dòng mùa kiệt năm 2008 : Qddmk = 288.31 m3/s Tra quan hệ Q~Zhl ta được MNHL = 444.5 m Sơ đồ tính toán như hình ( 7-2) Ta giả thiết các cấp lưu lượng tìm quan hệ giữa lưu lượng và cột nước trước cống Q~H . Từ Qdd = 288,31 m3/s ta tra quan hệ được mực nước thượng hạ lưu.Từ đó xác định được cao trình đê quai bờ phải cần phải đắp. Giả thiết cống chảy có áp, áp dụng công thức tính thủy lực qua vòi hoặc ống ngắn. Ta có hn cdd = 447.25 - 439 = 8,25 m > Hc/2 =2.25 m Đối với cống dẫn dòng ta dùng công thức (7-3) Þ Ho= Þ H = H0 - Trong đó : i : Độ dốc của cống i = 0,0 L : Chiều dài của cống L =26(m) Hc : Chiều cao cống : Tiết diện của cống = 4.4,5.2 = 36 (m2) : Hệ số lưu tốc, được tính bằng công thức: (7-5) Với: R : Bán kính thuỷ lực của cống C : Hệ số Sêdi xác định theo công thức Maninh : Hệ số, lấy=1 :Tổng các hệ số tổn thất cục bộ : Tổn thất do thu hẹp ở cửa vào = 0,15 : Tổn thất khe van = 0,1 : Tổn thất cửa ra = 1 = + += 0,15 + 0,1+1 = 1,25 Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 7-3 sau đây: Bảng 7-3: bảng xác định quan hệ Q~H Qgt wcdd R c jc H0 Ztl w vo H 350 36 1.059 59.387 0.938 10.977 449.977 342.153 1.023 10.924 320 36 1.059 59.387 0.938 10.079 449.079 296.837 1.078 10.019 290 36 1.059 59.387 0.938 9.260 448.260 305.078 0.951 9.214 288.31 36 1.059 59.387 0.938 9.217 448.217 254.963 1.131 9.151 260 36 1.059 59.387 0.938 8.523 447.523 222.552 1.168 8.453 230 36 1.059 59.387 0.938 7.865 446.865 193.284 1.190 7.793 200 36 1.059 59.387 0.938 7.289 446.289 168.158 1.189 7.216 170 36 1.059 59.387 0.938 6.792 445.792 147.223 1.155 6.724 Quan hệ Q~H : Hình 7-2: Quan hệ lưu lượng qua cống và cột nước trước cống. Với Qddmk = 288.31 m3/s ta có H = 9,151 m Mực nước thượng hạ lưu: MNTL = Zđc +H = 439 + 9,151 = 448,151 m MNHL = 444,5 m Cao trình đê quai thượng lưu : ZđêquaiTL = MNTL +a = 448,151 + 0.5 = 448.651 chọn ZđêquaiTL = 448.7 m ZđêquaiHL = MNHL+a = 444,5 +0.5 = 446 m Tính toán thủy lực dẫn dòng qua tràn tự do. Tuyến tràn nằm ở giữa lòng sông hơi lệch về phía vai phải, cao trình ngưỡng tràn Ñ 465 m bề rộng qua nước của tràn B=55 (m). Mục đính tính toán thuỷ lực qua tràn nhằm xác định quan hệ giữa lưu lượng xả qua tràn và cao trình mực nước trong hồ. Các bước tính toán như sau: Giả thiết các cấp lưu lượng Qi khác nhau. Áp dụng công thức tính lưu lượng đối với đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập Qi = m.B.(2.g)1/2.Hoi3/2 tính được trị số Hoi ® Hi Tính cao trình mực nước thượng lưu: ZTL = Zngưỡng + Hi = 465 + Hi Từ kết quả đó ta vẽ quan hệ Q ~ ZTL .Từ Q dẫn dòng thiết kế ta tính được cao trình vượt lũ mùa lũ năm 2008. Tính toán với cấp lưu lượng Qi: Áp dụng công thức tính lưu lượng đối với đập tràn thực dụng chảy tự do ta có: (7-6) Trong đó: - là cột nước tràn có kể tới lưu tốc tới gần, . - n = 5 là số khoan tràn - là hệ số ngập. Do đập cao nên dòng chảy qua đập là dòng chảy tự do nên hệ số ngập bằng 1 - b = 11 m là chiều rộng 1 khoan tràn. - m là hệ số lưu lượng của đập tràn đã thiết kế ở trên. m = 0,4925. Thay số vào công thức ta tính được: (7-7) Ta có: Þ H = Ho - Þ ZTL = 465 + H Tính toán với các cấp lưu lượng giả thiết , tổng hợp kết quả ta thành lập được bảng quan hệ Qđậptràn ~ ZTL khi chỉ mình đập thực hiện dẫn dòng, từ đó vẽ được quan hệ Qxã ~ ZTL trên đồ thị hình 6-2. Bảng7-4 : Bảng quan hệ Q ~ ZTL khi dẫn dòng qua đập tràn Q H0 w Vo H ZTL 100 0,886 1780,575 0,056 0,885 465,885 200 1,406 1846,925 0,108 1,405 466,405 300 1,842 1903,025 0,158 1,841 466,841 400 2,232 1954,168 0,205 2,230 467,230 500 2,590 2001,841 0,250 2,586 467,586 600 2,924 2046,417 0,293 2,920 467,920 700 3,241 2089,591 0,335 3,235 468,235 800 3,543 2131,051 0,375 3,535 468,535 900 3,832 2170,813 0,415 3,823 468,823 Hình 7-3: Quan hệ lưu lượng qua tràn và mực nước thượng lưu. Với Qdd = 828 m3/s tra quan hệ Q~ZTL ra MNTL = 468,6 m. Vậy cao trình vượt lũ năm 2008 là 468,5 m. BIỆN PHÁP THI CÔNG CÁC HẠNG MỤC CHÍNH. Công tác đất đá Địa hình hai bên đập chính khá dốc, việc bóc bỏ lớp phủ chủ yếu dùng máy ủi đào gom đất từ trên cao xuống phía dưới, để xúc đất lên ô tô tự đổ đưa ra bãi thải. Đất đá đào từ hố móng của đập dâng, đập tràn được đổ ra bãi trữ tận dụng để đắp đê quai, phần còn thừa không tận dụng được sẽ đổ vào bãi thải cách điểm thi công 2km. Đào đất hố móng bằng máy xúc 2,5T; máy ủi 108Cv, vận chuyển bằng ô tô tự đổ tải trọng 12T ra bãi thải cự ly 2km. Đào đá bằng máy khoan tự hành đường kính từ 75-150mm, xúc bằng máy xúc 2,5T; vận chuyển bằng ô tô tự đổ tải trọng 12T. Đào đá lớp bảo vệ bằng thủ công. Công tác đắp đất: Đắp đất đê quai bằng đất tận dụng tại bãi trữ, xúc bằng máy xúc 2,5T; vận chuyển bằng ô tô tự đổ 12T với cự ly vận chuyển 1km. Biện pháp thi công bê tông. Vật liệu: Cát dăm, xi măng lấy tại bãi trữ bố trí gần trạm trộn. Sắt thép, cốt pha lấy tại chân công trình. Gia công, lắp đặt cốt thép kết cấu ngoài hở. Biện pháp dổ bê tông: Bê tông được vận chuyển bằng xe chuyển trộn 4÷6m3, đưa vào các cần cẩu đổ bê tông, sau đó đầm bằng các loại đầm dùi, đầm bàn. Khi kết thúc khối đổ, bề mặt của các khối đổ được phủ bằng các bao tải và tưới nước dưỡng hộ bê tông. Ván khuôn cho công trình được chế tạo sẵn để công tác lắp đặt thuận tiện. Một số ván khuôn phi tiêu chuẩn được sản xuất tại xưởng ngay tại công trường. Biện pháp khoan phun xi măng nền đập. Các lỗ khoan phụt xi măng được tiến hành ngay sau khi đổ bê tông lớp tiếp giáp nền. Công tác khoan tạo lỗ để phụt xi măng chống thấm và thoát nước dưới nền có thực hiện bằng máy khoan sử dụng khí nén. Sau khi khoan các lỗ khoan phụt phải tiến hành ép nước thí nghiệm để xác định lượng mất nước dưới nền làm cơ sở để xác định nồng độ dung dịch phụt. Công tác phụt xi măng chống thấm nền được thực hiện bằng thiết bị phụt xi măng chuyên dùng. TỔNG MẶT BẰNG THI CÔNG Công trình thủy điện sông Miện có các hạng mục được bố trí tập trung rất thuận lợi cho việc đẩy nhanh tiến độ thi công công trình. Các hạng mục chính gồm: Đập dâng, đập tràn, nhà máy thủy điện, kênh xả. Tổng mặt bằng thi công được lập phù hợp với tổng mặt bằng bố trí công trình chính, điều kiện tự nhiên vùng xây dựng có xem xét tới đường giao thông và các cơ sở hạ tầng hiện có. Cơ sở sản xuất phụ trợ và khu nhà ở: Do công trình thủy điện kiểu nhà máy sau đập nên các hạng mục công trình tập trung và liên hoàn với nhau, trong khi địa hình lại dốc và hẹp không cho phép đặt khu phụ trợ tập trung và gần công trình. Khu phụ trợ được bố trị phía hạ lưu bờ trái cách tim công trình 600 ÷ 1000m, tổng diện tích 3,6ha. Bãi thải rộng 5,5ha bố trí tại hạ lưu bờ trái công trình cự ly 2000m. Bãi trữ vật liệu cát, đá, sỏi rộng 900m2. Các kho xi măng, sắt thép rộng 0,34ha. Nhà điều độ rộng 600m2. Các hạng mục khác 2,0ha. CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG ĐẬP BÊ TÔNG BÀI TOÁN KHÔNG GIAN MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN : Hiện nay đập bê tông được xây dựng và sư dụng phổ biến. Đập bê tông là công trình đầu mối quan trọng nhất trong cụm công trình đầu mối. Chính vì vậy ổn định của đập bê tông có ý nghĩa quyết định, trong đó yếu tố ứng suất phát sinh trong đập là một vấn đề quan trong cần tính toán phân tích để biết tình hình phân bố ứng suất trong đập dưới tác dụng của ngoại lực và ảnh hưởng của các nhân tố khác nhaư biến dạng của nền, sự thay đổi nhiệt độ, sự phân giai đoạn thi công thân đập … Tính toán ứng suất trong thân đập bê tông nhằm xác định các đăc trưng phân bố ứng suất trong thân đập, trị số phương chiều và tình hình phân bố ứng suất. Trên cơ sở các số liệu tính toán được, kiểm tra khả năng chịu lực của vật liệu, phân vùng đập dùng các loại bê tông khác nhau, xác định cấu tạo từng bộ phận thích hợp với từng điều kiện chịu lực của chúng để tiết kiệm vật liệu, từ đó giảm được gia thành xây dựng công trình mà vẫn đáp ứng tính kỹ thuật. Ứng suất xuất hiện trong đập bê tông không được vượt quá ứng suất cho phép của vật liệu , đặc biệt là ứng suất kéo trên biên thượng lưu. Tính toán phân tích ứng suất phải tính toán cho các trường hợp khác nhau, nhằm xác định sự biến đổi của ứng suất và những bất lợi do sự thay đổi ứng với các trường hợp đó. Từ đó phân vùng vật liệu bố trí cốt thép, chọn các hình thức cấu tạo, hình thức bảo vệ…Đảm bảo cho trong mọi điều kiện thì công trình luôn làm việc ổn định. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN Có nhiều phương pháp tính toán như phương pháp giải tích tính theo sức bền vật liệu, phương pháp lý thuyết đàn hồi, phương pháp số theo phần tử hữu hạn… - Phương pháp sức bền vật liệu đơn giản cho kết quả đủ tin cậy trong các bài toán thiết kế đập bê tông trọng lực có cấu tạo mặt cắt cũng như nền không phức tạp. - Phương pháp lý thuyết đàn hồi: xem đập như một môi trường kiên tục, đồng nhất đẳng hướng, ứng suất và biến dạng trong phạm vi đàn hồi của vật liệu theo định luật húc. Phương pháp này giải quyết những vấn đề đặc biệt như ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt … - Phương pháp phần tử hữu hạn: Phương pháp PTHH là một phương pháp số hay còn gọi là phương pháp rời rạc hóa. Phương pháp PTHH cũng thuộc bài toán biến phân, nhưng nó khác các phương pháp biến phân cổ điển ở chỗ nó không tìm dạng xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miền xác định mà chỉ trong từng miền con thuộc miền xác định đó. Do đó phương pháp PTHH đặc biệt ưu điểm hơn các phương pháp khác khi bài toán mà miền xác định gồm nhiều miền con có những tính chất khác nhau, ví dụ như khi phân tích ứng suất trong thân đập, trong nền không đồng nhất hoặc bài toán phức tạp khác. Đây là phương pháp tính toán rất hiệu quả giải các bài toán cơ học vật rắn và cơ học môi trường liên tục nói chung. Hiện nay các phần mềm tính toán ứng suất , tính toán thấm, ổn định trượt…đều dựa trên phương pháp phàn tử hữu hạn, cho kết quả tính toán tương đối chính xác. Ở đây em chọn phương pháp phần tử hữu hạn và sự dụng phần mềm ANSYS V.10 để tính toán ứng suất đập. Phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp PTHH ra đời vào cuối nhứng năm 50 nhưng rất ít được sử dụng vì công cụ toán học còn chưa phát triển. Vào cuối những năm 60, phương pháp PTHH đặc biệt phát triển nhờ vào sự phát triển nhanh chóng và sử dụng rộng rãi của máy tính điện tử. Đến nay có thể nói rằng phương pháp PTHH được coi là phương pháp có hiệu quả nhất để giải các bài toán cơ học vật rắn nói riêng và các bài toán cơ học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thủy khí lực học, bài toán về từ trường và điện trường. Trình tự giải theo phương pháp này : Chia miền tính toán thành các miền con gọi là các miền con. Các phần tử này liên kết với nhau bởi các điểm nút bao quanh, các phần tử này có thể ở dạng thanh, phần tử phẳng hay phần tử khối. Mỗi phần tử ta giả thiết một dạng phân bố xác định như: chuyển vị, hàm ứng suất, cả chuyển vị lẫn ứng suất. Trong đó ẩn chọn làm biến số cho hàm xấp xỉ là một hàm đa thức đa nguyên được biểu diễn dưới dang ma trận. Thông thường giả thiết hàm đó là hàm chuyển vị. Thiết lập bài toán từ phương trình cơ bản: Dựa trên các nguyên lý biến phân cơ bản, trên cơ sở của nguyên lý biến phân này xác định phương trình tuyến tính AX=B. Giải bài toán tuyến tính để tìm các ẩn. Sau khi tìm các ẩn, dựa vào các định lý cơ học sẽ tìm các thành phần khác của bài toán như: ứng suất, biến dạng… Hiện nay có các phần mềm tính ứng suất biến dạng chuyển vị… như SAP, ANSYS, PLASIX, SIGMA… đều sử dụng phương pháp phàn tử hữu hạn, kết quả tương đối chính xác. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN : Sơ đồ tính toán : Sử dụng mô hình đập dâng và đập tràn của công trình thủy điện Sông Miện đã được thiết kế. Có xét đến nước chảy trong đường ống vào nhà máy thủy điện. Cao trình đáy : 435 m Cao trình đỉnh : 471,5 m Cao trình bùn cát : 450 m Cao trình ngưỡng tràn: 465 m Để đơn giản trong tính toán ta cho toàn bộ đập làm cùng một mac bê tông M200. Chỉ riêng phân đoạn đập ở tuyến năng lượng, đường ống áp lực và nhà máy thủy điện làm bằng bê tông M250. Và phần nền đập cũng xem như đồng chất. Trường hợp tính toán: Việc tính toán ứng suất thân đập được tiến hành theo các trường hợp sau : Trường hợp 1: Tổ hợp thi công. đập đã thi công xong thượng và hạ lưu ko có nước Trường hợp 2: Tổ hợp lực cơ bản – MNTL là MNDBT ; MNHL tương ứng với trường hợp vận hành bình thường, thiết thị chống thấm, thiết bị thoát nước hoạt động bình thường Trường hợp 3: Tổ hợp lực đặc biệt – MNTL là MNLTK ; MNHL tương ứng, thiết bị chống thấm thiết bị thoát nước làm việc bình thường Trường hợp 4: Tổ hợp lực đặc biệt -MNTL là MNLKT ;MNHL tương ứng, thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường Trường hợp 5: Tổ hợp lực đặc biệt – MNTL là MNDBT, MNHL tương ứng vận hành bình thường, thiết bị tiển thoát nước, thiết bị chống thấm làm việc không bình thường Trường hợp 6: Tổ hợp lực đặc biệt – MNTL là MNDBT, MNHL tương ứng, có động đất Về nguyên tắc ta phải tính toán cho tất cả các trường hợp để đảm bảo an toàn cho công trình trong mọi trường hợp làm việc, trong tất cả các quá trình xây dựng và vận hành. Nhưng do trong phạm vi đồ án, thời gian có hạn và được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn nên em chỉ tính toán ứng suất cho trường hợp tổ hợp lực cơ bản. Ta tính toán cho trường hợp tổ hợp cơ bản. Mực nước thượng lưu là mực nước dâng bình thường, các thiết bị chống thấm thiết bị thoát nước làm việc bình thường. MNTL = MNDBT = 465 m MNHL = 441,8 m Cao tình bùn cát: Zbc=450 m Tải trọng tác dụng vào công trình bao gồm: Áp lực nước thượng lưu, áp lực bùn cát, áp lực thấm và áp lực đẩy ngược dưới đáy công trình, áp lực nước hạ lưu, áp lực sóng như đã tính toán ở trên phần tính toán ổn định đập. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN. Sử dụng phần mềm ANSYS để tính toán ứng suất trong thân đập và nền. AN SYS là một hệ thống tính toán đa năng, trong hệ thống này, bài toán cơ kỷ thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc. Lịch sự ra đời và phát triển của ANSYS ANSYS được lập từ năm 1970 do nhóm nghiên cứu của Dr.John Swanson, hệ thống tính toán Swanson, tịa hợp chủng quóc Hoa Kỳ. Từ đó AN SYS lan rộng ra các nước khác trên thế giới , qua nhiều phiên bản với những đặc tính sau : Phiên bản 2.x :TĨnh học động lực học, nhiệt động học, dòng điện Phiên bản 3.x :mở rộng dần các khả năng củ , hình thành các modulle hình học, thư viện phần tử …Các phiên bản ngày càng không ngừng cải tiến và tạo ra nhiều chức năng tiên tiến Và bây giờ đã có an sys phiên bản 11.0 với nhiều tính năng tiên tiến sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, trong công nghiệp và các ngành khoa học khác. Các tính năng nổi bật của ansys. Khả năng đồ họa mạnh mẽ ( có thể sự dụng như một chương trình CAD, hoặc sự hộ trợ gián tiếp từ CAD rất hữu ích ) giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh, chính xác. Có khả năng truyền dẫn những mô hình CAD của cấu trúc, thành phần hay hệ thống. Mô hình tình toán là mô hình 3D gần giống như mô hình thực tế nên kết quả tương đối chính xác. Giải rất nhiều bài toán : this toán chi tiết máy, cấu trúc công trình, điện , điện tử, … Thư viện phần tử rất lớn, có thêm phần tử sinh ra và chết. dùng để loại bỏ phần tử hay thêm phần tử hoặc thay đổi độ cúng trong mô hình khi tính toán Đa dạng về tải trọng : tập trung phân bố, nhiệt vận tốc góc Phần tử xứ lý kết quả cao cấp, cho phép vẽ các đồ thị, tính toán tối ưu Có thể dùng như một ngôn ngữ lập trình Có khả năng nghiên cứu những đáp ứng vật lý như : trường ứng suất, trường nhiệt độ, ảnh hưởg của trường điện từ.. Giảm chi phí sản xuất vì có thể tính toán thử nghiệm …. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 10.0 Mô hình hóa bài toán : Ta tính toán mô hình đập là mô hình đập thủy điện Sông Miện đã thiết kế trong đồ án. Khu vực nền chịu ảnh hưởng của ứng suất có thể được xác định như sau : xem ứng suất từ đập ảnh hưởng đến nền trong giới hạn sâu 50 m so với mặt cắt ngang đáy đập, và mép thượng lưu của nền cách mép thượng lưu đập 50 m, mép hạ lưu của nền cách mép chân hạ lưu 50m, hai bên vai đập chỉ xét đến phạm vi 100m như hình vẽ 9-5. Hình 9-5: Mô hình không gian đập thủy điện Sông Miện dùng tính toán Chọn kiểu phần tử, loại vật liệu và gán chúng cho các bộ phận - Kiểu phần tử: chọ kiểu phần tư solid92 và kiể phần tử solid45 - Vật liệu của các bộ phận như bảng sau đây: Vật liệu Môdun dàn hồi Ex(KN/m2) Hệ số Poison n g KN/m3 Rk KN/m2 Rn KN/m2 Bê tông M200 24000000 0.23 2.45 1150 9000 Bê tông M250 26500000 0.24 2.5 1300 11000 Nền dá 9000000 0.285 2.1 Chia lưới cho các khối để tạo các nút và các phần tử. Mô hình đã chia lưới: Hình 9-7 : Mô hình phần tử Gán tải trọng lên các mặt Các tải trọng là tải trọng phân bố nên ta phải khai báo hàm áp lực, đọc hàm. Sau đó gán tải trọng tương ứng lên các mặt. Đặt các điều kiện biên. Xem các mặt biên của nền không chuyển vị thẳng theo chiều vuông góc với với mặt đó. Riêng mặt đáy coi như ngàm cứng. Tính toán và hiện thị kết quả. Kết quả bài toán phẳng mặt cắt giữa đập. Hình 9- 8 : Chuyển vị theo phương x: Hình 9- 9 : Chuyển vị theo phương y: Hình 9-10 : Ứng suất theo phương x: Hình 9-11 : Ứng suất theo phương y: Kết quả tính toán bài toán không gian ba chiều tại mặt cắt giữa đập. Hình 9-12 : Chuyển vị theo phương x: Hình 9-13 : Chuyển vị theo phương Z(phương đứng): Hình 9-14 : Ứng suất theo phương x: Hình 9-15 : Ứng suất theo phương z(phương đứng): Kết quả tổng thể tính toán ứng suất cho toàn đập bài toán 3D. Hình 9-16 : Chuyển vị theo phương x: Hình 9-17 : Chuyển vị theo phương y phương dọc đập: Hình 9-18 : Chuyển vị theo phương Z( phương đứng): Hình 9-19 : Chuyển vị tổng hợp. Hình 9-20 : Ứng suất theo phương x: Hình 9-21 : Ứng suất theo phương y: Hình 9-22 : Ứng suất theo phương Z: Hình 9 -23 : Ứng suất chính S1 Hình 9 -24 : Ứng suất chính S3 Kết quả tính toán ở mặt cắt dọc tim đập. Hình 9-25 : Chuyển vị theo phương x: Hình 9-26 : Chuyển vị theo phương y: Hình 9-27 : Chuyển vị theo phương Z( phương đứng): Hình 9-28 : Chuyển vị tổng hợp. Hình 9-29 : Ứng suất theo phương x: Hình 9-30 : Ứng suất theo phương y: Hình 9-31 : Ứng suất theo phương Z: Phân tích kết quả tính toán: So sánh kết quả giữa bài toán 2D và bài toán 3D: . Về trị số: Bảng 9- : Kết quả ứng suất – chuyển vị bài toán 2D và bài toán 3D: Thông số tính toán Bài toán 2D Bài toán 3D Nén kéo Nén kéo Ứng suất max phương X (kN/m2) 1727 170 1028 410.658 Ứng suất max phương Y (kN/m2) 2243 10.158 1381 573.54 Chuyển vị max phương X 0.682e-3 0.443e-3 Chuyển vị max phương Y (phương đứng) 5,09e-3 1.88e-3 Từ bảng thống kê kết quả trên ta thấy chuyển vị trong bài toán phẳng lớn hơn so với bài toán 3D nguyên nhân là do bài toán phảng không xét đến chuyển vị theo phương ngang Z do đó nó không phản ảnh đúng thực tế của đập. Ứng suất nén trong bài toán 2D lớn hơn ứng suất nén trong bài toán 3D. Nhưng ứng suất nén của hai bài toán đều rất nhỏ so với ứng suất nén cho phép của bê tông. Do đó điều ta quan tâm ở đây là ứng suất kéo xuất hiện trong thân đập. Kếtquả ứng suất kéo trong bài toán 3D lớn hơn rất nhiều so với ở bài toán 2D và có giá trị cũng tương đối lớn.. Do đó khi tính toán ứng suất chúng ta nên xét tính toán thêm bài toán 3D để tính toán tìm ra kết quả tối ưu đưa vào thiết kế công tình an toàn hơn. . Về sự phân bố: Cả chuyển vị và ứng suất đều có sự phân bố tương đối giống nhau. Tuy nhiên bài toán 3D có nhiều điểm ứng suất cục bộ xuất hiện với trị số khá lớn. Ứng suất theo phương đứng . Từ kết quả ta thấy, theo phương dứng từ dưới lên , ứng suất có sự thay đổi rõ rệt. Phía dưới cường độ chịu lực rất lớn, càng lên cao trị số ứng suất càng giảm đi. Những điểm sát nền chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của biến dạng nền. Càng xa mặt nền ứng suất càng giảm đi. Điều này thể hiện rõ nhất ở mép thượng hạ lưu đập. Ứng suất theo phương ngang . Phân bố ứng suất trong đập có sự biến đổi từ thượng lưu đến hạ lưu. Ở mép thượng lưu sát nền xuất hiện ứng suất kéo max, còn hạ lưu xuất hiện ứng suất nén max. Còn ở nền thì ứng suất biến đổi từ trên xuống dưới. Vùng nền sát mép đập có sự biến đổi từ thượng đến hạ lưu. Ứng suất theo phương dọc trục đập. Đây là thành phần ứng suất mà bài toán phẳng không xét đến. Với những bài toán mô hình có cấu tạo không đối xứng thì ứng suất này xuất hiện với trị số lớn đáng kể. Điều quan tâm của thành phân ứng suất này là trị số ứng suất kéo , nó xuất hiện ở hai vai đập, vai càng dốc thì ứng suất kéo ở tiếp giáp nền đập càng lớn, điều này thể hiện rõ ở hình vẽ trên, vai phải của đập dốc hơn vai trái nên ứng suất dọc trục ở đây có trị số lớn hơn. Tuy nhiên với đập bê tông thì ảnh hưởng của ứng suất này không đáng kể , nhưng với đập đất phải chú ý đến thành phần ứng suất này, nó là một trong những nguyên nhân gây ra đứt gãy thủy lực ở hai bên vai đập gây ra hiện tượng thấm vòng hai bên vai đập. Ứng suất quanh lổ khoét hành lang thoát nước: Từ kết quả ứng suất của mặt cắt ngang đập (hình 9-12÷9-15 ) , kết quả ứng suất của mặt cắt dọc đập qua hành lang khoan phụt ( hình 9-30÷ 9-31 ) ta có kết luận chung là tại các lổ khoét thường có ứng suất cục bộ, ứng suất tập trung lớn dễ xuất hiện các vết nứt tại đó. Tại các vị trí đó ứng suất kéo của bê tông không đủ chịu lực phải bố trí cốt thép để không xuất hiện vết nứt gây mất an toàn cho công trình. Tại hành lang khoan phụt, tiếp giáp giữa lổ khoét và thượng lưu đâp thường là nơi dễ mất ổn định nhất, tại đó xuất hiện các vết nứt làm bề rộng của dáy đập giảm đi một khoảng từ mép trong lổ khoét đến mặt thượng lưu đập. Lúc này bề rộng thực tế chịu lực của đập bị giảm nhỏ, dây chính là điều kiện cho vết nứt tại mặt tiếp giáp gữa đập và nền phất triển. Vết nứt càng phát triển thì bề rộng chịu lực càng nhỏ, tới một lúc nào đó B<Bgh , thì đập sự bị mất ổn định trượt. Ứng dụng kết quả tính toán. Trên cơ sở các số liệu tính toán được, tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của vật liệu, phân vùng vật liệu, bố trí các mac bê tông phù hợp để tránh lãng phí mà vẫn đảm bảo điều kiện chịu lực của đập. Do bê tông chịu kéo rất kém nên từ những vị trí có giá trị ứng suất kéo lớn cần bố trí cốt thép để đảm bảo khả năng làm việc cho công trình . Lổ khoét hành lang khoan phụt nên dựa vào kết quả tính toán các ứng suất chính để chọn vị trí, cao trình đặt sao cho vừa thõa mãn các yêu cầu vận hành thoát nước thân đập, khoan phụt màn chống thấm, đồng thới khoảng cách đến mép thượng lưu cần phải đủ để đảm bảo không sinh ứng khe nứt tại mặt tiếp giáp giũa nền và dập gây mấ an toàn cho công tình như đã phân tích ở trên. Gia cố thành các lổ khoét, dùng bê tông mác cao ở mép lổ khoét để tránh xảy ra nứt do ứng suất kéo và có thể khử các điểm góc ứng suất tập trung bằng cách làm thành lổ khoét vát góc hoặc bó tròn. Do thời gian có hạn nên em không đi sâu vào chi tiết phân vùng vật liệu và bố trí cốt thép. KẾT LUẬN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy cố giáo, đặc biệt là của thầy giáo Th.S Hồ Sỹ Tâm, cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “Thiết kế đầu mối thủy điện Sông Miên - Phương án2” Thời gian làm đồ án là khoảng thời gian rất có ích và hiệu quả. Trong thời gian này, em đã có điều kiện để hệ thống, sâu chuỗi, tổng hợp lại những kiến thức đã được các thầy cô truyền dạy, giúp em biết cách áp dụng lý thuyết vào thực tế thiết kế một công trình thủy lợi cụ thể, có cái nhìn bao quát, làm quen với công việc của một người kỹ sư trong tương lai. Dù bản thân em đã nổ lực cố gắng hết mình nhưng với một khối lượng công việc tính toán tương đối lớn, do điều kiện thời gian, trình độ bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn chưa có nên trong đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự chỉ bảo , hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo để giúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn từ đó có thể hoàn thiện và cũng cố, nâng cao, kiến thức chuyên môn . Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trường Đại Học Thủy Lợi, các thầy cô giáo bộ môn Thủy Công và đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Hồ Sỹ Tâm. đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 09 tháng 05 năm 2008 Sinh viên thực hiện Dương Đình Hóa LỜI MỞ ĐẦU Nước ta đang trong thời kỳ phát triển. Do đó nhu cầu năng lượng cần cho nền kinh tế quốc dân và cho sinh hoạt là rất lớn. Đặc biện trong thời đại hiện nay trên thế giới vấn đề năng lượng đang ngày càng cạn kiệt thì tìm kiếm nguồn cung cấp năng lượng cho nền kinh tế nước ta sẽ trở nên càng có ý nghĩa. Xây dựng trạm thủy điện là một nhu cầu rất bức thiết hiện nay. Đây là nguồn năng lượng sạch và rất rẻ và không ô nhiễm môi trường nên thường được xem xét đầu tiên. Trong xu thế phát triển của đất nước , để cung cáp kịp thời đáp ứng được nhu cầu dùng điện ngày càng tăng, phục vụ hiệu quả cho sự phát triển kinh tế xả hội trên toàn bộ đất nước , ngành điện Việt nam đã phát triển nhanh chóng, mở rộng và xây dựng nghiều nhà máythuyr điện nhiệt điện lớn như Uông Bí, Phả Lại Bà Rịa ,Trị An, Hòa bình, Thác Mơ , yaly, Hàm Thuận – Đa Mi, cụm nhiệt điện Phú Mỹ , Ô môn ..hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối phát triển rộng khắp hình thành hệ thống điện quốc gia thống nhất với đường dây 500 kV Bắc Nam. Sông Miện là nhánh cấp I của sông Lô, bắt nguồn ở vùng núi có độ cao trên 1800m thuộc Trờ Pâng tỉnh Vân Nam Trung Quốc. Từ nguồn về dòng chính sông Miện chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam, tới biên giới Việt Trung sông chảy theo hướng Bắc-Nam, xuyên qua cao nguyên đá vôi diệp thạch Quản Bạ và đổ vào bờ trái sông Lô tại thị xã Hà Giang. Công trình thuỷ điện Sông Miện khai thác năng lượng dòng chảy trên thượng nguồn sông Miện. Khi hoàn thành công trình sẽ cung cấp điện cho tỉnh Hà Giang và hòa vào mạng lưới điện Quốc gia, tạo cảnh quan và tạo công ăn việc làm cho người dân quanh vùng dự án, phát triển du lịch và kinh tế địa phương. Theo quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-2010 thủy điện sông Miện được xác định đưa vào vận hành năm 2008-2010. Hồ chứa của công trình nằm trên địa bàn xã Bát Đại sơn -huyện Quản Bạ và Na Khê -huyện yên minh -tỉnh Hà Giang. Công trình cách thị xã Hà Giang khoảng 70km. Hiên đang thi công , theo tiến độ cong trình sẽ hoàn thành vào cuối mùa lũ năm 2008 . MỤC LỤC