Tài liệu Dẫn dòng thi công công trình thuỷ lợi thuỷ điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI BỘ MÔN CÔNG NGHỆ & QUẢN LÝ XÂY DỰNG DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN HÀ NỘI – 2009 1 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU....................................................................................................................... 6 Chương 1 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ DẪN DÒNG ................................................................. 7 1.1. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ LŨ DẪN DÒNG ..................................................................... 7 1.1.1. Quy định tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng ................................................................. 7 1.1.2. Chọn tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng........................................................................ 8 1.2. TIÊU CHUẨN NGĂN NƯỚC CỦA ĐÊ QUAI CHO NƯỚC TRÀN QUA VÀ TIÊU CHUẨN AN TOÀN KHI NƯỚC TRÀN QUA ..................................................... 11 1.2.1. Điều kiện sử dụng đê quai cho nước tràn qua......................................................... 11 1.2.2. Chọn lưu lượng ngăn nước của đê quai và thời đoạn thi công................................ 11 1.2.3. Phương pháp chọn lưu lượng ngăn nước ................................................................ 12 1.3. TIÊU CHUẨN CHỐNG LŨ CỦA THỜI KỲ THI CÔNG ĐẬP TÍCH NƯỚC VÀ VƯỢT LŨ TẠM THỜI..................................................................................................... 14 1.3.1. Tiêu chuẩn lũ thời kỳ thi công đập vượt lũ tạm thời............................................... 14 1.3.2. Tiêu chuẩn tính toán ngăn nước vượt lũ và tích nước của thời kỳ thi công vượt lũ tích nước ............................................................................................................................ 15 1.4. DỰ TÍNH TÌNH HÌNH NƯỚC VÀ TIÊU CHUẨN LŨ THIẾT KẾ CỦA CÁC TRƯỜNG HỢP KHÁC..................................................................................................... 17 1.4.1. Tiêu chuẩn lũ khi lợi dụng đê quai ngăn lũ phát điện ............................................. 17 1.4.2. Tiêu chuẩn lũ của kho nước bậc thang xây dựng ở thượng lưu .............................. 17 1.4.3. Tiêu chuẩn an toàn thời kỳ thi công đê quai ........................................................... 18 1.4.4. Tiêu chuẩn thiết kế hoành triệt và lấp cống dẫn dòng............................................. 18 1.4.5. Dự báo tình hình nước............................................................................................. 18 1.5. VƯỢT CAO AN TOÀN CỦA ĐÊ QUAI ........................................................................ 19 1.5.1. Vượt cao an toàn của đê quai không cho nước tràn qua ......................................... 19 1.5.2. Độ vượt cao an toàn của đê quai cho nước tràn qua ............................................... 20 1.6. HỆ SỐ AN TOÀN ỔN ĐỊNH CHÔNG TRƯỢT CỦA ĐÊ QUAI .................................. 20 1.6.1. Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê quai đất đá hỗn hợp .............................. 20 1.6.2. Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê quai bê tông trọng lực........................... 21 1.7. PHỤ LỤC QUY PHẠM.................................................................................................... 22 1.7.1. Phân cấp công trình dẫn dòng ................................................................................. 22 1.7.2. Tiêu chuẩn lũ công trình dẫn dòng.......................................................................... 23 1.7.3. Tiêu chuẩn chặn dòng ............................................................................................. 25 1.7.4. Cao trình và độ vượt cao đỉnh đê quai không cho nước tràn qua ........................... 25 1.7.5. Hệ số an toàn ổn định của đê quai........................................................................... 26 1.7.6. Tiêu chuẩn tích nước của kho nước trong thời kỳ thi công .................................... 26 CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG I.................................................................................................. 26 Chương 2 THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH DẪN DÒNG ........................................................ 27 2.1. PHƯƠNG THỨC DẪN DÒNG THƯỜNG DÙNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ..................................................................................................................................... 27 2.1.1. Phương thức dẫn dòng thường dùng và điều kiện sử dụng..................................... 27 2.1.2. Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dòng................................................ 28 2.1.3. Chọn phương án dẫn dòng ...................................................................................... 30 2.2. PHÂN KỲ DẪN DÒNG ................................................................................................... 30 2 2.2.1. Trình tự phân kỳ dẫn dòng ...................................................................................... 31 2.2.2. Mức độ co hẹp dòng chảy ....................................................................................... 31 2.2.3. Bố trí đê quai phân kỳ ............................................................................................. 33 2.3. Dẫn dòng qua kênh............................................................................................................ 36 2.3.1. Bố trí kênh dẫn dòng ............................................................................................... 37 2.3.2. Chọn kích thước và hình dạng kênh dẫn dòng........................................................ 39 2.4 DẪN DÒNG QUA ĐƯỜNG HẦM ................................................................................... 40 2.4.1. Bố trí tuyến đường hầm........................................................................................... 40 2.4.2. Chọn kích thước và hình dạng mặt cắt đường hầm................................................. 41 2.4.3. So sánh đường hầm có xây trát và không xây trát .................................................. 46 2.4.4. Bố trí và hình thức cửa vào, cửa ra ......................................................................... 47 2.4.5. Kết hợp giữa đường hầm dẫn dòng và đường hầm lâu dài ..................................... 50 2.4.6. Khí thực phá hoại đường hầm và biện pháp phòng ngừa........................................ 52 2.5. DẪN DÒNG QUA CỐNG NGẦM, MÁNG .................................................................... 53 2.5.1. Cống ngầm dẫn dòng .............................................................................................. 53 2.5.2. Máng dẫn dòng........................................................................................................ 56 2.6. DẪN DÒNG QUA CỐNG ĐÁY ...................................................................................... 57 2.6.1. Bố trí cống đáy dẫn dòng ........................................................................................ 57 2.6.2. Chọn hình dạng và kích thước mặt cắt cống đáy .................................................... 60 2.6.3. Chọn hình dạng cửa vào.......................................................................................... 60 2.7. DẪN DÒNG QUA LỖ CHỪA LẠI (RĂNG LƯỢC), GIAN MÁY ................................ 63 2.7.1. Dẫn dòng qua lỗ chừa (răng lược)........................................................................... 63 2.7.2. Dẫn dòng qua gian máy........................................................................................... 64 2.8. THI CÔNG AN TOÀN VƯỢT LŨ .................................................................................. 66 2.8.1. Đê quai vượt lũ thời kỳ đầu..................................................................................... 67 2.8.2. Quy hoạch vượt lũ thi công thời kỳ giữa và thời kỳ cuối ....................................... 67 2.8.3. Biện pháp phòng hộ đập bê tông cho nước tràn qua ............................................... 68 2.8.4. Biện pháp bảo vệ đập đất đá cho nước tràn qua...................................................... 70 2.9. LẤP CỐNG TÍCH NƯỚC ................................................................................................ 78 2.9.1. Chọn thời gian lấp cống .......................................................................................... 78 2.9.2. Tiêu chuẩn lấp cống tích nước ................................................................................ 78 2.9.3. Trình tự lấp lỗ và biện pháp an toàn........................................................................ 79 CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG II................................................................................................. 80 Chương 3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG THI CÔNG............................................ 81 3.1. TÍNH TOÁN THỦY LỰC PHÂN KỲ DẪN DÒNG ....................................................... 81 3.2.1. Tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp............................................................... 81 3.1.2. Tính toán đường mặt nước qua lòng sông thu hẹp.................................................. 83 3.1.3. Tính toán xói cục bộ lòng sông thu hẹp .................................................................. 83 3.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC QUA LỖ CHỪA LẠI THÂN ĐẬP, KHE RĂNG LƯỢC VÀ ĐÊ QUAI CHO NƯỚC TRÀN QUA ............................................................ 86 3.2.1. Đập tràn đỉnh rộng .................................................................................................. 86 3.2.2. Đập tràn mặt cắt hình thang .................................................................................... 88 3.2.3. Tràn bên .................................................................................................................. 89 3.2.4. Tràn xiên ................................................................................................................. 92 3 3.2.5. Tràn hình cong ........................................................................................................ 92 3.2.6. Nối tiếp dòng chảy và tiêu năng.............................................................................. 93 3.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC THÁO NƯỚC QUA KÊNH (MÁNG).................................. 96 3.3.1. Dòng chảy đều trong kênh ...................................................................................... 96 3.3.2. Dòng chảy không đều trong kênh ........................................................................... 99 3.3.3. Xác định cột nước dâng cao phía thượng lưu ....................................................... 128 3.4. TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG QUA ĐƯỜNG HẦM, CỐNG NGẦM, LỖ XẢ ĐÁY ................................................................................................................... 132 3.4.1. Phân biệt trạng thái chảy ....................................................................................... 132 3.4.2.Tính toán thuỷ lực cống chảy tự do (chảy hở) ....................................................... 136 3.4.3. Tính toán thủy lực chảy bán áp ............................................................................. 152 3.4.4. Tính toán thủy lực chảy có áp ............................................................................... 153 3.5. TÍNH TOÁN THỦY LỰC THÁO NƯỚC ĐỒNG THỜI .............................................. 161 3.5.1. Tháo nước đồng thời của các kết cấu tháo nước hình thức chảy tự do không có cửa van (khe răng lược, chỗ chừa lại, kênh...) ................................................. 161 3.5.2. Tháo nước đồng thời của khe răng lược hoặc lỗ chừa lại chảy ngập với cống đáy hoặc đường hầm chảy có áp:.......................................................................... 162 3.5.3. Tháo nước đồng thời trong tổ hợp chảy ngập và chảy tự do................................. 162 3.6. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ CHO KHO NƯỚC ......................................................... 164 CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG III ............................................................................................. 167 Chương 4 TÍNH TOÁN THỦY LỰC VÀ THIẾT KẾ CHẶN DÒNG ................................. 168 4.1. NGUYÊN TẮC QUY HOẠCH CHẶN DÒNG ............................................................. 168 4.1.1. Chọn lưu lượng thiết kế và thời gian chặn dòng ................................................... 168 4.1.2. Chọn vị trí cửa chặn dòng và đường trục của kè chặn dòng. ................................ 169 4.1.3 Chọn phương thức chặn dòng ................................................................................ 170 4.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC CHẶN DÒNG ..................................................................... 172 4.2.1. Tính toán năng lực tháo nước của công trình dẫn dòng ........................................ 172 4.2.2. Tính toán lưu lượng điều tiết tích lại ở lòng hồ trong quá trình chặn dòng .......... 172 4.2.3. Dự tính lưu lượng thấm qua kè đá chặn dòng ....................................................... 175 4.2.4. Tính toán thủy lực chặn dòng bằng phương pháp lấp đứng.................................. 178 4.2.5. Tính toán thủy lực chặn dòng bằng phương pháp lấp bằng .................................. 182 4.2.6. Tính toán thủy lực chặn dòng hai kè theo phương pháp lấp đứng và chặn dòng hỗn hợp ........................................................................................................ 184 4.3. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VẬT LIỆU THẢ TRONG NƯỚC ĐỘNG ............................. 186 4.3.1. Tính toán ổn định bảo vệ đáy cửa khẩu........................................................................ 186 4.3.2. Tính toán ổn định đá thả............................................................................................... 188 4.3.3. Tính toán ổn định của khối bê tông lớn ................................................................ 192 4.3.4. Dự tính đường kính của khối thể và đặc tính ổn định của khối thể nối xuyên ..... 194 4.4. LOẠI VẬT LIỆU CHẶN DÒNG VÀ XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG, KÍCH THƯỚC CỦA CHÚNG ................................................................................................................. 195 4.4.1. Ảnh hưởng của hình dạng vật liệu chặn dòng và tác dụng tương hỗ của dòng chảy ở cửa chặn dòng đối với hình dạng của kè................................................... 195 4.4.2. Chọn vật liệu chặn dòng và xác định kích thước vật liệu đó. ...................................... 195 4.4.3. Xác định số lượng vật liệu chặn dòng................................................................... 197 4 4.5. BIỆN PHÁP KỸ THUẬT THƯỜNG DÙNG TRONG CHẶN DÒNG......................... 203 4.5.1. Biện pháp thả đá lấp bằng để cải thiện điều kiện chặn dòng ................................ 203 4.5.2. Biện pháp cải thiện dòng chảy cửa khẩu và phân chia độ chênh lệch cột nước ... 205 4.5.3. Hàng rào ngăn đá .................................................................................................. 206 4.5.4. Hệ thống neo và khối thể nối xuyên...................................................................... 207 4.6. THI CÔNG DẪN DÒNG VÀ CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU ........................................... 208 4.6.1. Các phương pháp chặn dòng ................................................................................. 208 4.6.2. Cường độ thả đá và số lượng thiết bị máy móc .................................................... 209 Chương 5 THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGĂN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH DẪN DÒNG ................................................................................................................. 220 5.1. CÁC LOẠI ĐÊ QUAI VÀ ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG ...................................................... 220 5.1.1. Phân loại đê quai và yêu cầu cơ bản ..................................................................... 220 5.1.2. Hình thức đê quai và điều kiện sử dụng................................................................ 221 5.2. ĐÊ QUAI ĐẤT ĐÁ......................................................................................................... 223 5.2.1. Hình thức kết cấu của đê quai đất đá .................................................................... 223 5.2.2. Chọn vật liệu đắp của đê quai đất đá..................................................................... 235 5.2.3. Thiết kế vật liệu đắp đê quai đất đá....................................................................... 236 5.2.4. Thiết kế kích thước mặt cắt đê quai đất đá............................................................ 239 5.2.5. Kết cấu phòng thấm của đê quai đất đá................................................................. 248 5.2.6. Cấu tạo đê quai đất đá và biện pháp chống xói..................................................... 252 5.3. ĐÊ QUAI ĐẤT ĐÁ CHO NƯỚC TRÀN QUA ............................................................. 254 5.3.1. Hình thức đê quai đất đá cho nước tràn qua.......................................................... 259 5.3.2. Cấu tạo và tính toán đê quai đất đá cho nước tràn qua, bảo vệ mặt bằng bê tông ....................................................................................................................... 261 5.3.3. Tính toán đê quai cho nước tràn qua, đá hộc lớn bảo vệ mái và lưới thép bảo vệ mặt.................................................................................................................... 267 5.4. ĐÊ QUAI BẰNG BÊ TÔNG .......................................................................................... 271 5.4.1. Hình thức đê quai bê tông và ứng dụng ................................................................ 271 5.4.2. Thiết kế đê quai bê tông trọng lực......................................................................... 276 5.4.3. Thiết kế đê quai bê tông vòm................................................................................ 280 5.4.4. Thi công dưới nước đê quai bê tông ..................................................................... 289 5.5. ĐÊ QUAI Ô NGĂN BẰNG CỪ THÉP .......................................................................... 296 5.5.1. Hình dạng và đặc tính cơ bản của đê quai ô ngăn bằng cừ thép ........................... 296 5.5.2. Tính toán và thiết kế đê quai ô ngăn cừ thép ........................................................ 300 5.5.3. Giới thiệu sơ lược thi công ô ngăn bằng cọc cừ thép............................................ 316 5.6. ĐÊ QUAI LỒNG TRE.................................................................................................... 318 5.6.1. Cấu tạo và hình thức kết cấu đê quai lồng tre ....................................................... 318 5.6.2. Tính toán đê quai lồng tre ..................................................................................... 321 5.6.3. Những vấn đề cần chú ý trong thi công đê quai lồng tre ...................................... 327 5.7. ĐÊ QUAI ĐÁ ĐỔ KHUNG Ô........................................................................................ 328 5.7.1. Thiết kế đê quai lồng gỗ........................................................................................ 328 5.7.2. Tính toán đê quai dầm bê tông cốt thép ................................................................ 334 5.7.3. Vấn đề cần chú ý trong thi công và thiết kế .......................................................... 336 CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG V ........................................................................................................... 339 5 LỜI GIỚI THIỆU Dẫn dòng và ngăn dòng là công tác có vai trò quyết định đến thành công và chi phí đầu tư xây dựng hệ thống công trình đầu mối thủy lợi thủy điện. Khi chọn tuyến xây dựng đập, chọn phương án xây dựng hệ thống công trình đầu mối thủy lợi thủy điện, luôn luôn phải xem xét đến phương án dẫn dòng và ngăn dòng. Đôi khi phương án dẫn dòng chi phối cả việc lựa chọn hình thức kết cấu công trình cũng như bố trí hệ thống công trình đầu mối. Những năm qua, chúng ta đã xây dựng thành công nhiều công trình đầu mối thủy lợi thủy điện lớn, nhưng việc đánh giá tổng kết đưa ra những bài học về lý thuyết và thực tiễn còn ít và thiếu hệ thống. Hiện nay các nhà khoa học trong lĩnh vực này vẫn đang tích cực xây dựng hệ thống dữ liệu cũng như việc hoàn thiện nâng cao cơ sở lý luận. Đồng thời, các tài liệu về lĩnh vực này cũng đã được dịch, biên dịch từ nhiều tài liệu nước ngoài hoặc biên soạn trên cơ sở tham khảo các tài liệu trong nước và nước ngoài. Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng (Bộ môn Thi Công), Trường Đại học Thủy lợi có bề dày gần 50 năm giảng dạy, nghiên cứu khoa học và phục vụ sản xuất. Giáo trình Thi công Công trình Thủy lợi đã được biên soạn công phu và tái bản có sửa chữa nhiều lần, trong đó có nội dung về dẫn dòng thi công nhưng cũng chưa thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu ngày càng cao của công tác đào tạo và thực tế sản xuất. Dẫn dòng thi công là môn học đòi hỏi kiến thức tổng hợp và chuyên sâu của nhiều môn khoa học khác nhau thuộc lĩnh vực xây dựng công trình thủy như Thủy lực, Địa kỹ thuật, Thủy văn, Kết cấu công trình, Vật liệu xây dựng …. Nhằm đáp ứng yêu cầu của chương trình giảng dạy theo chiến lược phát triển của Trường Đại học Thủy lợi, Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng xin giới thiệu với bạn đọc cuốn tài liệu Dẫn dòng thi công công trình thủy lợi thủy điện từ nguyên bản tiếng Trung Quốc do NGƯT. Nguyễn Đức Khoan dịch và TS. Lê Văn Hùng hiệu đính. Tài liệu giới thiệu khá đầy đủ nội dung về lý thuyết cũng như các tài liệu thực nghiệm và thực tế dẫn dòng, ngăn dòng của nhiều công trình khác nhau trên thế giới. Tài liệu không những giúp cho công tác giảng dạy đại học, sau đại học mà còn giúp cho các nhà nghiên cứu, tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công nhiều tư liệu thiết thực. Tài liệu này cũng sẽ là tài liệu chính sử dụng cho môn học Dẫn dòng thi công và công tác hố móng trong chương trình đào tạo đại học, sau đại học của Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi. Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng xin trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc. Hà Nội, tháng 8 năm 2009 Trưởng Bộ Môn TS. LÊ VĂN HÙNG 6 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng Chương 1 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ DẪN DÒNG 1.1. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ LŨ DẪN DÒNG 1.1.1. Quy định tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng 1.1.1.1. Phân chia cấp công trình dẫn dòng Công trình dẫn dòng là công trình tạm thời. Trong quy định của “Tiêu chuẩn thiết kế và phân chia cấp công trình thủy lợi thủy điện” phân chia vùng núi, vùng trung du và vùng đồng bằng, phần hải phận; quan hệ giữa cấp công trình tạm và cấp công trình lâu dài như bảng 1-1. Khi công trình dẫn dòng hư hỏng khiến các vùng thành phố hạ lưu, khu công nghiệp hoặc các bộ phận kinh tế quốc dân bị thiệt hại hoặc ảnh hưởng nghiêm trọng có thể nâng lên 1 cấp hoặc 2 cấp. Bảng 1.1.Phân chia cấp công trình thủy công (của Trung Quốc) Phân cấp công trình lâu dài Công trình chủ yếu Công trình thứ yếu Phân cấp công trình tạm thời I 1 3 4 II 2 3 4 III 3 4 5 Cấp côn g trìn h Phân cấp công trình lâu dài Công trình chủ yếu Công trình thứ yếu Phân cấp công trình tạm thời IV 4 5 5 V 5 5 Cấp côn g trìn h Ghi chú: (1) Công trình lâu dài là công trình sử dụng trong suốt thời gian công trình chính vận hành, căn cứ vào mức độ quan trọng chia ra: - Công trình chủ yếu: chỉ công trình nếu sau khi bị hư hại gây tổn hại cho hạ lưu hoặc ảnh hưởng tới lợi ích của công trình, như: đập, cửa cống, công trình xả, công trình lấy nước, trạm bơm, trạm thủy điện... - Công trình thứ yếu: là công trình nếu sau khi bị hư hại không gây tổn hại cho hạ lưu, không ảnh hưởng lớn tới lợi ích của công trình và dễ tu sửa, như: tường chắn đất, tường hướng dòng, cầu công tác và công trình bảo vệ bờ... (2) Công trình tạm thời là công trình sử dụng trong thời gian thi công, như: đê quai, công trình dẫn dòng... 1.1.1.2. Tiêu chuẩn thiết kế lũ của công trình dẫn dòng Nên căn cứ vào tình hình khác nhau của đặc điểm đối tượng kết cấu cần bảo vệ, phương thức dẫn dòng, thời gian dài hay ngắn, yêu cầu sử dụng, ảnh hưởng ngập và đặc tính 7 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN thủy văn dòng chảy. Bảng 1-2 quy định tiêu chuẩn chống lũ cho công trình tạm. Khi cần thiết công trình dẫn dòng phải chống được lũ tiêu chuẩn. Trong tiêu chuẩn thiết kế công trình, cần phân biệt khu vực đồng bằng và miền núi vì đặc tính thủy văn dòng chảy của 2 vùng có sự khác biệt lớn. Vùng núi lũ, mưa bão đến rất mạnh, lũ đổ về nhanh, phá hoại lớn, uy hiếp tới an toàn của công trình, nên tiêu chuẩn lũ cần nâng lên thích đáng. Vùng đồng bằng lũ không mạnh, thời gian lũ đổ về chậm, sau mưa bão có một thời gian nhất định để dự báo thủy văn và có biện pháp thích ứng kịp thời, cho nên tiêu chuẩn lũ của công trình tạm thời vùng đồng bằng có thể hạ thấp ít nhiều. Bảng 1.2. Tiêu chuẩn lũ của công trình thủy công tạm thời Phân cấp công trình tạm thời Loại hình công trình 2 3 4 5 Thời kỳ lũ xuất hiện (năm) Công đất đá trình Công trình bê tông, đá xây Vùng núi >50 50-30 30-20 20-10 Vùng đồng bằng >25 25-15 15-10 10-5 Vùng núi >20 20-10 10-5 5-3 Vùng đồng bằng (SDJ 217-87) >10 10-5 5-3 3 Tiêu chuẩn vùng đồng bằng dùng cho công trình ngăn nước có độ cao không lớn hơn 15m, chênh lệch cột nước thượng hạ lưu không lớn hơn 10m. Nhưng đối với hồ chứa lớn đặc biệt trọng yếu, sử dụng tiêu chuẩn lũ cần căn cứ vào tình hình cụ thể. 1.1.2. Chọn tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng Chọn tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng cần căn cứ vào tình hình cụ thể của công trình, tién hành phânf tích, luận chứng, đề xuất1.1.2. Chọn tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng Chọn tiêu chuẩn thiết kế lũ dẫn dòng cần căn cứ vào tình hình cụ thể của công trình, tiến hành phân tích, luận chứng, đề xuất mức bảo đảm chống lũ và cần thẩm định của bộ phận chủ quản. Phân cấp công trình tạm thời, được xác định dựa vào cấp công trình lâu dài được bảo vệ. Căn cứ vào giới hạn trên hoặc giới hạn dưới quy định, tương ứng với tiêu chuẩn lũ của công trình tạm thời, cân nhắc lấy giới hạn trên hay giới hạn dưới, cũng có thể tăng hoặc hạ mức bảo đảm. Nếu khi liệt thực đo của tài liệu thủy văn dòng chảy tương đối dài, tính quy luật của lũ quá rõ ràng, có thể căn cứ tính quy luật của lũ chọn tiêu chuẩn thích hợp; nếu liệt thực đo của tài liệu thủy văn tương đối ngắn hoặc tư liệu không thể tin tưởng thì xuất phát từ tình hình bất lợi có thể xảy ra và cần có dự phòng. 8 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng Đê quai cao hay thấp và dung tích kho hình thành lớn hay nhỏ, tiêu chuẩn cần nâng cao thích hợp, vì nếu xảy ra tổn thất, nguy hiểm, uy hiếp hạ lưu càng lớn khi dung tích kho càng lớn. Đặc điểm kết cấu của các công trình được bảo vệ. Đối với đập hỗn hợp đất đá, mặt đập không cho phép nước tràn qua. Căn cứ vào tình hình cụ thể và các điều kiện khác, tiêu chuẩn có thể dùng giới hạn trên; đối với kết cấu bê tông hoặc khối đá xây lớn, mặt đập tạm thời cho phép nước tràn qua, nên chọn giới hạn dưới. Thời gian thi công nền móng dài hay ngắn. Tiêu chuẩn lũ cho công trình tạm thời và thời gian thi công có quan hệ trực tiếp. Thời gian càng dài, cơ hội gặp lũ đến càng lớn, tiêu chuẩn lũ lấy cao một chút; ngược lại thời gian thi công càng ngắn, tiêu chuẩn lũ lấy thấp đi một chút. Nếu chỉ sử dụng một mùa khô, tiêu chuẩn nên thấp. Nếu thi công đập có thể trong một mùa khô, đạt được mức chống lũ hoặc cao trình an toàn chống lũ, đê quai không cần ngăn lũ cả năm, có thể dùng tiêu chuẩn lũ của một thời đoạn nào đó, đồng thời tiến hành chọn thời đoạn thi công. Nếu đê quai là đất đá hỗn hợp, không cho phép nước tràn qua, tiêu chuẩn nên cao hơn đê quai bê tông trọng lực hoặc đá xây. Khi công trình tháo nước dẫn dòng là kết cấu kín (như đường hầm, cống ngầm), sau sự cố tu sửa khó khăn hơn so với kết cấu hở, khi chọn tiêu chuẩn cần coi trọng thích đáng hơn. Kết cấu tháo nước dẫn dòng tham gia cả thời kỳ sau, thì tiêu chuẩn thiết kế xét cả tiêu chuẩn lũ dẫn dòng thời kỳ sau. Khi công trình dẫn dòng kết hợp với công trình thủy công lâu dài, bộ phận kết hợp nên dùng tiêu chuẩn thiết kế của công trình lâu dài. Chọn hợp lý tiêu chuẩn lũ thiết kế dẫn dòng sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu ích kinh tế và thi công thuận lợi. Tiêu chuẩn không lấy quá cao, không quá thấp đồng thời xét tới biện pháp an toàn tương ứng. Phương pháp chọn tiêu chuẩn dẫn dòng, ngoài phương pháp tần suất ra cần sử dụng phương pháp năm điển hình. Khi liệt tài liệu thực đo thủy văn tương đối dài, có thể dùng giá trị lớn nhất của liệt đo hoặc một giá trị điển hình nào đó của liệt thực đo. Trong thực tế, nên kết hợp cả 2 phương pháp để xét. Khi theo quy định chọn một tiêu chuẩn tần suất nào đó, cần đối chiếu với tài liệu thực đo, phân tích tính an toàn. Khi thiết kế theo giá trị điển hình, cần đối chiếu với tiêu chuẩn tần suất tương ứng, dự tính những điều có thể gặp phải. Một số tiêu chuẩn dẫn dòng dùng trong một số công trình đã xây dựng xem bảng 1-3. 9 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN Bảng 1.3. Tiêu chuẩn dẫn dòng một vài công trình đã hoàn thành Tên công trình Phú Xuân Giang Đơn Giang Khẩu Cấp Hình thức công đập trình lâu dài Đập bê tông trọng lực Đập bê tông trọng lực khe rộng 2 Phương thức dẫn dòng Phân kỳ dẫn dòng Hình thức đê quai Chiều cao đập (m) Đê quai lồng tre xếp đá kỳ 1 Đê quai lồng tre xếp đá kỳ 2 Tần suất Lưu lượng (m3/s) 16 Toàn năm 5% 18400 15 Mùa khô 5% 10160 Mùa khô 10% 8550 Đê quai lồng gỗ xếp đá kỳ 3 1 Công Chủy Đập bê tông trọng lực 1 Lưu Gia Hiệp Đập bê tông trọng lực 1 Phân kỳ dẫn dòng Dẫn dòng qua kênh Đê quai đất đá kỳ 1, nước thấp 13 Tháng 5, 5.5% 8060 Đê quai đất đá nước cao 2 Toàn năm 5% 34500 Đê quai đất đá kỳ 2 46 Toàn năm Thiết kế 1% 47000 Kiểm tra 0.5% 52000 Toàn năm thiết kế 5% 9650 Kiểm tra 2% 10600 Toàn năm 10% 4700 Mùa khô 10% 2130 Đê quai đá xếp, tâm là gỗ tấm 35 Dẫn dòng qua đường Đê quai bê tông vòm hầm Đê quai đất cỏ kỳ 1 nước thấp Thanh Đồng Hiệp Đập bê tông trọng lực 2 Phân kỳ dẫn dòng Đê quai đất cỏ nước cao 9.5 Toàn năm 5% 5450 Đê quai đất đá, đất cỏ hỗn hợp kỳ 2 17.5 Toàn năm thiết kế 5% 5450 Kiểm tra 2% 5200 Bát Bàn Hiệp Đập bê tông trọng lực 2 Phân kỳ dẫn dòng (phân 4 kỳ) Đê quai đất đá kỳ 1, nước thấp Bích Khẩu Đập tường tâm đất sét 1 Dẫn dòng qua đường hầm Đê quai và thân đập kết hợp Thăng Chung Đập tường tâm đất sét 1 Dẫn dòng qua đường hầm Đê quai và thân đập kết hợp Long Dương Hiệp Đập bê tông trọng lực 1 Dẫn dòng qua đường hầm Đê quai đá đổ tường tâm bằng bê tông 10 Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng Toàn năm thiết Sau khi qua hồ kế 5%, kiểm Lưu Gia Hiệp tra 2% điều tiết Thực đo lớn nhất 14năm 3260 41.5 Toàn năm 1% 5480 53 Toàn năm thiết kế 5% 4100 Kiểm tra 2% 4720 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng 1.2. TIÊU CHUẨN NGĂN NƯỚC CỦA ĐÊ QUAI CHO NƯỚC TRÀN QUA VÀ TIÊU CHUẨN AN TOÀN KHI NƯỚC TRÀN QUA Trong thi công một số công trình thủy lợi thủy điện của miền Nam Trung Quốc thường dùng đê quai cho nước tràn qua, có thể hạ thấp quy mô của công trình tạm thời, giảm nhỏ khối lượng công trình dẫn dòng, đạt được hiệu ích kinh tế. 1.2.1. Điều kiện sử dụng đê quai cho nước tràn qua Biên độ mực nước và lưu lượng mùa lũ so với mùa khô tương đối lớn, thường dòng chảy không ổn định, nước biến đổi lớn mùa lũ có lúc khô, mùa khô có lúc có lũ. Hàm lượng cát trong sông ít, công tác xử lý hố móng ít sau khi nước chảy qua. Nếu không dùng đê quai cho nước tràn qua, khối lượng công trình dẫn dòng lớn, đê quai khó hình thành trong một mùa khô. Phạm vi hố móng không lớn, tháo nước thuận tiện, thời gian tháo dỡ và phục hồi không dài, biện pháp giản đơn. Khi đập thấp, cho phép nước tràn qua. Khi không cho phép tràn qua, thân đập phải đạt cao trình chống lũ trong một mùa khô. Tiêu chuẩn an toàn kết cấu cho nước tràn qua và ngăn nước của đê quai cho nước tràn qua hiện chưa có quy định. Nói chung căn cứ vào phân tích thống kê lưu lượng thực đo mà quyết định. 1.2.2. Chọn lưu lượng ngăn nước của đê quai và thời đoạn thi công Chọn lưu lượng của đê quai cho nước tràn qua cần đồng thời với chọn thời đoạn thi công hố móng. Thời đoạn càng dài, lưu lượng càng lớn, thời đoạn ngắn, lưu lượng nhỏ. Nếu chọn một lưu lượng nhất định đối với thời đoạn dài thì tiêu chuẩn thấp, đối với thời đoạn ngắn thì tiêu chuẩn cao. Lưu lượng và thời đoạn có liên quan chặt chẽ với nhau. 1.2.2.1. Các bước chọn lưu lượng và thời đoạn thi công hố móng Phân tích khối lượng công trình hố móng nhiều hay ít, mức độ thi công khó hay dễ, thậm chí cả phương pháp thi công có thể sử dụng, dự phòng tình hình bất trắc, xác định được thời gian cần thiết hoàn thành hố móng. Căn cứ vào đặc tính thủy văn, khí tượng và yêu cầu thi công, chia ra các thời đoạn, cũng có thể thống kê cho toàn năm. Tính toán khối lượng công trình dẫn dòng của thời đoạn khác nhau và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, tổn thất trong thời gian thi công, phân tích khả năng thực thi về kỹ thuật, hợp lý về kinh tế. 1.2.2.2. Yêu cầu ngăn nước của đê quai cho nước tràn qua Tiêu chuẩn của đê quai ngăn nước tràn qua thấp hơn đê quai không cho tràn qua, khi chọn lưu lượng ngăn nước nên xét các yêu cầu sau: Thời gian thi công hố móng cần thỏa mãn yêu cầu của tiến độ thi công để thi công hố móng thuận lợi. 11 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN Để tăng tốc độ thi công, trong điều kiện kỹ thuật thực hiện được và kinh tế hợp lý, cần tranh thủ thời gian thi công. Mùa khô trong giai đoạn thi công nói chung không cho nước tràn qua hoặc tràn rất ít thời gian. Nếu cần tranh thủ thi công trong mùa lũ, số lần cho nước tràn qua thường rất ít. Khi lưu lượng ngăn nước xấp xỉ lưu lượng lớn nhất mùa khô, nên chọn lưu lượng lớn nhất mùa khô. Như vậy bảo đảm được thi công hố móng thuận lợi cho mùa khô. Lưu lượng ngăn nước nói chung căn cứ vào tài liệu thống kê thực đo. Có thể chọn trong phạm vi lũ xuất hiện một lần trong 5 năm ÷ 20 năm. 1.2.3. Phương pháp chọn lưu lượng ngăn nước Có 2 phương pháp chọn lưu lượng ngăn nước: phương pháp thống kê số lần nước tràn qua và phương pháp thống kê tổn thất thời gian thi công do nước tràn qua. 1.2.3.1. Phương pháp thống kê số lần nước tràn qua Dựa vào thời đoạn thi công, thống kê tài liệu thực đo có số lần xuất hiện lưu lượng lớn hơn một lưu lượng nào đó trong cả năm, căn cứ vào số lần lũ xuất hiện nhiều hay ít, dự kiến thời gian thi công hố móng dài hay ngắn, tổn thất thời gian của một lần nước tràn qua, căn cứ vào tình hình cụ thể cùng kinh nghiệm mà phán đoán. Ngoài ra do hình dạng đỉnh lũ khác nhau, nên có thể có sai lệch về thống kê. Đối với lũ có 1 đỉnh, thống kê dễ dàng, đối với lũ có 2 đỉnh hoặc nhiều đỉnh, có thể thu được kết quả không hợp lý. Vì vậy phương pháp này thích hợp với lưu lượng có lũ 1 đỉnh. 1.2.3.2. Phương pháp thống kê tổn thất thời gian thi công do lũ tràn qua Thống kê tổn thất thời gian thi công do nước tràn qua trong cả năm để xác định số ngày thi công hố móng hữu ích. Tổn thất thời gian thi công do một lần nước tràn qua bao gồm 4 phần sau: Thời gian rời khỏi hố móng trước khi nước tràn qua, căn cứ vào độ chính xác dự báo và điều kiện dự báo thủy văn, hố móng lớn hay nhỏ, độ sâu hố móng, phương pháp thi công và tình hình tháo dỡ và vận chuyển máy móc thiết bị mà xác định. Nói chung việc tháo dỡ, rút lui máy móc thường 1 ÷ 2 ngày, với thiết bị máy móc lớn cần 3÷ 4 ngày. Thời gian đỉnh lũ qua dựa vào thống kê thực đo lũ trong năm. Như đỉnh lũ kép, thời gian giãn cách giữa 2 đỉnh ngắn, có thể tính như lũ 1 đỉnh. Thời gian tháo nước hố móng sau khi nước tràn. Căn cứ vào dung tích hố móng, phương thức tháo nước, thấm qua đê quai và nền mà xác định. Thời gian khôi phục hố móng Căn cứ vào phương pháp thi công hố móng khác nhau, mức độ hư hại của đường xá giao thông, điều kiện máy móc thi công để vào hiện trường, lượng cát để lại hố móng và phương thức xúc đổ đi... là những nhân tố phân tích để xác định thời gian khôi phục hố móng. Căn cứ vào phương pháp trên, sau khi thống kê tổn thất thời gian thi công khi nước tràn của năm lịch sử, có thể thu được giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất và giá trị trung bình của tổn thất thời gian thi công trong năm của các cấp lưu lượng, cũng có thể lấy tổn thất thời gian năm lịch sử tiến hành phân tích tần suất, tìm ra số ngày thi công hữu ích. Sau 12 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng đó, căn cứ vào yêu cầu tiến độ và phân tích để chọn ra lưu lượng ngăn nước hợp lý về kinh tế. Trong cả hai phương pháp thống kê trên, thực chất đều là làm thế nào dự tính được tổn thất thời gian thích đáng. Trong 4 phần tổn thất thời gian thi công, ngoài thời gian đỉnh lũ lịch sử và thời gian tháo nước hố móng, có thể thống kê tương đối chính xác, đối với thời gian tháo dỡ và rút khỏi hố móng trước khi nước tràn qua và thời gian khôi phục sau khi nước rút là khó dự tính. Còn khi nước đột nhiên tràn qua lúc đang thi công rầm rộ, có ảnh hưởng tới hiệu ích thi công, khi thống kê cũng cần dự tính thích đáng tổn thất thời gian. Phương pháp thống kê số lần nước chảy qua, cũng chỉ có thể đề xuất khái niệm sơ lược về tổn thất thời gian, không thể phản ánh chính xác thời gian thi công hữu hiệu, nhưng do phương pháp giản đơn nên 2 phương pháp đều có thể sử dụng. 1.2.3.3. Tiêu chuẩn an toàn kết cấu của đê quai khi nước tràn qua. Khi đê quai cho nước tràn qua, yêu cầu kết cấu không bị phá hoại, tiêu chuẩn thiết kế cũng giống như đê quai không cho nước tràn qua, có thể xác định theo quy định như đã trình bày ở trên. Nhưng thiết kế tiêu chuẩn lũ không nhất định là trường hợp bất lợi nhất về an toàn kết cấu, nên cần phân tích cụ thể các cấp lưu lượng, tính toán hoặc thí nghiệm mô hình tìm ra lưu lượng bất lợi nhất. Xem bảng 1-4 là tiêu chuẩn nước tràn qua và ngăn nước ở một số công trình có đê quai cho nước tràn qua. 13 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN Bảng 1.4.Tiêu chuẩn nước tràn qua và ngăn nước của một số công trình có đê quai cho nước tràn qua Tên công trình Tiêu chuẩn ngăn nước Chiều cao đê quai Lưu Tần (m) lượng suất 3 (m /s) Phương thức dẫn dòng Hình thức đê quai Thượng Dẫn dòng qua Do Giang đường hầm Đê quai đất đá bản mặt nước tràn qua 20 Lưu Khê Dẫn dòng qua Hà đường hầm Đê quai đất đá nước tràn qua 14 Đê quai lồng gỗ kỳ 1 16 Đê quai lồng gỗ kỳ 2 22 Tân An Giang Phân kỳ dẫn dòng Giá Khê Đường hầm, kênh dẫn Đê quai lồng gỗ đất đá bản mặt nước tràn qua Tân Phong Giang Dẫn dòng qua kênh Hoàng Long Than Kênh dẫn dòng Đại Hóa Đông Giang Lưu lượng (m3/s) 300 Toàn năm 5% 3400 1890 196 Toàn năm 2% 1780 1230 4650 4600 29-32 Mùa khô 10% Đê quai đất đá nước tràn qua 25 Đê quai đất đá bản mặt nước tràn qua Đê quai đất đá kỳ 2 cho nước tràn qua Dẫn dòng qua Đê quai bê tông đường hầm trọng lực Lưu lượng thực tế lớn nhất (m3/s) Tần suất Mùa khô 5% Ô Giang Dẫn dòng qua Đê quai bê tông Độ đường hầm vòm Phân kỳ dẫn dòng Mùa khô 5% Tiêu chuẩn nước qua Toàn năm 5% 16000 9700 2700 Toàn năm 10% 9650 4088 Mùa khô 10% 1000 Toàn năm 5% 2240 3750 16.5 Mùa khô 20% 800 Toàn năm 10% 8320 6570 40 Mùa khô 10% 1320 Toàn năm 5% 11000 7450 30-40 Mùa khô 5% 2350 Toàn năm 5% 19000 9130 32 Mùa khô 5% 1760 Toàn năm 5% 6140 3540 1.3. TIÊU CHUẨN CHỐNG LŨ CỦA THỜI KỲ THI CÔNG ĐẬP TÍCH NƯỚC VÀ VƯỢT LŨ TẠM THỜI 1.3.1. Tiêu chuẩn lũ thời kỳ thi công đập vượt lũ tạm thời Sau khi đập dâng cao vượt qua cao trình đỉnh đê quai, đập có thể ngăn nước, khi đó đê quai không còn tác dụng. Tiêu chuẩn vượt lũ tạm thời thời kỳ thi công đập, nên căn cứ vào đập dâng cao hình thành kho nước ngăn lũ, xem bảng (1-5) để phân tích xác định. 14 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng Căn cứ vào trường hợp nếu xảy ra sự cố ảnh hưởng tới hạ lưu mà nâng cao hoặc hạ thấp thích đáng. Tiêu chuẩn vượt lũ tạm thời tùy theo thời kỳ thi công, tùy độ dâng cao của đập mà nâng cao. Bảng 1-6 là tiêu chuẩn vượt lũ tạm thời của đập Ô Giang Độ ở các thời kỳ thi công đập khác nhau. Tiêu chuẩn vượt lũ tạm thời thời kỳ thi công đập Hình thức đập Dập đá, đập đá đổ, đập xây khan, đập bê tông, đập đá xây Dung tích kho ngăn lũ (108 m3) >1.0 1.0 ÷ 0.1 <0.1 >100 10÷50 50 ÷ 20 >50 50÷20 20 ÷ 10 Thời gian lũ xuất hiện Tiêu chuẩn thiết kế lũ thời kỳ thi công đập lớn Ô Giang Độ vượt lũ nhiều năm Thời Đập cao gian (m) (năm) Kho nước ngăn lũ 8 3 (10 m ) Tiêu chuẩn thiết kế lũ Thời gian xuất hiện (năm) Lưu lượng thực tế lớn Lưu lượng nhất (m3/s) (m3/s) Phương thức tháo lũ 1976 36 0.1 20 11000 7450 Cống dẫn dòng, lỗ chừa đập 1977 35 ÷ 39 0.18 20 11000 5505 Cống dẫn dòng, lỗ đáy, lỗ chừa đâp. 1978 57 ÷ 60 0.73 20 11000 6174 Lỗ đáy, cống tháo, lỗ chừa 1979 90 2.9 50 13000 3129 Lỗ đáy, cống tháo, cống tháo lũ lỗ chừa 1980 126 9.2 100 14600 6470 Cống tháo, cống tháo lũ lỗ chừa, ống gang dẫn nước 1981 157 20 200 16100 2000 Cống tháo lũ, ống gang tháo nước. 1.3.2. Tiêu chuẩn tính toán ngăn nước vượt lũ và tích nước của thời kỳ thi công vượt lũ tích nước 1.3.2.1. Tiêu chuẩn ngăn nước vượt lũ của thời kỳ thi công tích nước Sau khi hoành triệt công trình dẫn dòng, đến thời kỳ thi công trình chính bước vào vận hành bình thường, là giai đoạn thi công tích nước và bước vào vận hành. Tiêu chuẩn của giai đoạn ngăn nước vượt lũ, nói chung căn cứ vào cấp công trình chính và tình hình hoàn thành của nó, dung tích kho nước lớn hay nhỏ, mức độ thiệt hại phía hạ lưu nếu xảy ra sự cố, tham khảo tiêu chuẩn vượt lũ tạm thời thời kỳ thi công đập mà phân tích và xác định. Về dung tích kho nước, dung tích giai đoạn này lớn so với thời kỳ vượt lũ 15 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN tạm thời, nếu xảy ra sự cố ảnh hưởng lớn tới hạ lưu, tiêu chuẩn nên cao một chút. Nhưng thời gian này đập đã đạt được cao trình an toàn, công trình tháo lũ, xả cát cũng đã cơ bản hoàn thành, năng lực tháo lũ lớn hoặc đã có biện pháp tháo lũ an toàn, khả năng uy hiếp của lũ đối với đập rất nhỏ, nên tiêu chuẩn có thể hạ thấp thích đáng. Bảng 1.7.Tiêu chuẩn ngăn lũ dùng trong thời gian thi công tích nước của công trình đã xây dựng xong Hình thức đập Đập cao (m) Cấp công trình chính Tổng dung tích kho (108 m3) Mật Vân Đập đất tường nghiêng 66.4 1 43.75 3.64 100 Hành lang, tuy nen Bạch Hiên Hà Đập đất tường tâm 69 2 11.04 4 100 Đường dẫn nước đập phụ, lỗ chừa thân đập Sử Tử Than Đập đá đổ tường nghiêng bê tông 52 2 83 2.5 100 Đường tràn xả lũ Lưu Khê Hà Đập vòm 78 3.26 1.74 100 Lỗ chừa thân đập, lỗ xả đáy Giá Khê Đập đầu to 104 1 31.1 6.4 100 Lỗ chừa thân đập, đường dẫn nước Tân An Giang Đập trọng lực khe rộng 105 1 178 50 100 Tràn tạm 20.6 7.6-16.7 100 Lỗ sâu, tràn tạm 160.5 54.22 100 Lỗ chừa thân đập, lỗ xả đáy 100 Lỗ chừa thân đập Tên công trình Hồ Nam Chấn 130 Đơn Giang Khẩu Đập trọng lực khe rộng 97 1 Hoàng Long Than Đập trọng lực 107 2 Phan Gia Khẩu Đập trọng lực khe rộng 1075 Ô Long Giang Đập vòm trọng lực 165 1 Dung tích Năm tích nước thiết kế Phương thức tháo lũ (108 m3) lũ (năm) 29.3 4.2 100 Lỗ chừa thân đập, lỗ xả đáy 21.4 4.24 100 Lỗ chừa thân đập 1.3.2.2. Tiêu chuẩn tính toán thời gian tích nước thời kỳ thi công Tính toán thời gian tích nước là xác định thời gian hoành triệt cống và thời gian thu lợi ích. Tiêu chuẩn tính toán xem quy định về quy phạm tính toán thiết kế thi công công trình thủy lợi thủy điện, nói chung lấy 2 loại tiêu chuẩn bảo đảm 50% và 75% lượng nước, cũng thường dùng tiêu chuẩn 80 ÷ 90% để xác định tình hình nước đến khác nhau, thời gian nước trong kho đạt được cao trình phát điện, cũng có khi lấy năm điển hình để tính toán. Khi chọn thời gian tính toán trong năm nước khô điển hình, dùng năm nước phong phú điển hình để kiểm tra cao trình an toàn của đập, nếu có điều kiện dự báo nước xuống tin cậy được, có thể căn cứ vào tư liệu dự báo tính toán quá trình tích nước. 16 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng 1.4. DỰ TÍNH TÌNH HÌNH NƯỚC VÀ TIÊU CHUẨN LŨ THIẾT KẾ CỦA CÁC TRƯỜNG HỢP KHÁC 1.4.1. Tiêu chuẩn lũ khi lợi dụng đê quai ngăn lũ phát điện Lợi dụng đê quai ngăn lũ để phát điện, nhiệm vụ và tác dụng của đê quai thay đổi, trở thành công trình bán vĩnh cửu. An toàn của đê quai không chỉ ảnh hưởng tới thi công công trình và hạ lưu mà còn ảnh hưởng tới vận hành hệ thống điện lực và sản xuất của bộ phận kinh tế công nông nghiệp. Vì vậy, tiêu chuẩn thiết kế lũ của đê quai cao hơn công trình tạm và nhỏ hơn công trình vĩnh cửu. Khi chọn tiêu chuẩn cần căn cứ vào thời gian sử dụng dài hay ngắn, tính quan trọng của công trình vv... cần phân tích, có luận chứng, đề xuất những vấn đề tồn tại và được cấp trên phê chuẩn. Trung Quốc có một thí dụ là đập Cát Châu có đê quai ngăn nước phát điện. Bảng 1.8.Tiêu chuẩn lũ của đê quai thời kỳ II của đập Cát Châu Hạng mục Thiết kế Kiểm tra Bảo vệ đập Lưu lượn g 66 800 71 100 86 000 Tần suất lý thuyết Tần suất kinh nghiêm 10 Ước 30 20 96 120 160 Xếp bậc trong liệt thủy văn Bậc III liệt thực đo 1996 Bậc I liệt thực đo 1996 Bậc 5 điều tra lũ lịch sử Ghi chú: tần suất ở đây được hiểu là số năm xuất hiện lại một lần (ND). 1.4.2. Tiêu chuẩn lũ của kho nước bậc thang xây dựng ở thượng lưu Khi kho nước xây dựng bậc thang phía thượng lưu có tác dụng điều tiết lũ, kho nước lớn có thể khống chế lượng nước xả, tiêu chuẩn lũ thiết kế dẫn dòng thi công công trình phía hạ lưu, nói chung vẫn tuân theo phạm vi quy định của quy phạm. Như khi thi công công trình Bát Bàn Hiệp, tham khảo tác dụng điều tiết của kho nước Lưu Gia Hiệp phía thượng lưu. Lưu lượng thiết kế tự nhiên 6350m3/s, lưu lượng kiểm tra 7300 m3/s, sau khi điều tiết kho nước, xả nước của cả hai ước tính là 4540 m3/s; chọn tần suất 5%, lưu lượng khu giữa là 950 m3/s, xác định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng của Bát Bàn Hiệp là 5500 m3/s. Nhưng nếu kho nước phía thượng lưu xây dựng trên dòng chảy nhánh hoặc trên dòng chảy chính, khi có dòng chảy lớn cùng hội tụ, lưu lượng của ngọn lũ lúc đó không thể làm phép cộng đơn thuần, cần phân tích thời gian phát sinh và những nhân tố lũ của dòng chảy chính và dòng chảy nhánh. Căn cứ vào thời gian truyền dẫn của đỉnh lũ xét tới tác dụng lệch đỉnh lũ. Cần khống chế nghiêm ngặt điều tiết kho nước mới đạt được mục tiêu lệch đỉnh lũ. Nếu kho nước điều tiết không thích đáng, đỉnh lũ của dòng nhánh, dòng chảy chính cùng hội tụ, có khả năng lưu lượng còn lớn hơn tình hình tự nhiên. 17 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN 1.4.3. Tiêu chuẩn an toàn thời kỳ thi công đê quai Khi đê quai bằng bê tông, cho phép nước tràn qua, không cần khống chế nghiêm ngặt cao trình dâng cao lên. Đê quai là đất đá hỗn hợp, độ dâng cao đê quai dự phòng lũ đảm bảo an toàn. Độ dâng cao các tháng khi thi công đê quai, cần căn cứ vào cấp công trình tạm và đặc điểm kết cấu, cần không chế lưu lượng lớn nhất của 5 ÷ 20 năm, nếu dự báo tình hình nước có thể tin cậy được cần tham khảo mà xác định. 1.4.4. Tiêu chuẩn thiết kế hoành triệt và lấp cống dẫn dòng Lưu lượng thiết kế hoành triệt và lấp cống được căn cứ vào đặc tính thủy văn của dòng chảy, điều kiện thi công và yêu cầu tổng tiến độ mà chọn. Nói chung tiêu chuẩn hoành triệt là lấp cống có thể chọn lưu lượng thiết kế bình quân tháng hoặc tuần trong 10 ÷ 20 năm gặp một lần. Khi thi công cần kiểm tra và hiệu chỉnh theo dự báo thủy văn dòng chảy. 1.4.5. Dự báo tình hình nước 1.4.5.1. Dự báo ngắn trong thời gian thi công Dự báo ngắn căn cứ vào tình hình tập trung nước sau khi mưa ở thượng lưu mà tiến hành dự báo. Cũng có thể căn cứ vào dự báo khí tượng ngắn để tiến hành phân tích tình hình nước trong tháng, tuần. Thực tiễn chứng minh dự báo ngắn trong thời kỳ thi công có tác dụng quan trong trong đấu tranh với lũ, có biện pháp đối phó hữu hiệu trước khi lũ đến. Đối với đê quai cho nước tràn qua, việc rút lui trước khi lũ đến và tháo nước khôi phục hố móng sau khi lũ qua đều cần dựa vào dự báo lũ. Dự báo chính xác làm cho thi công thuận lợi, chủ động hơn và tránh được tổn thất. 1.4.5.2. Tác dụng của dự báo dài hạn đối với thiết kế dẫn dòng và thi công công trình Dự báo dài hạn là dự báo tình hình nước trong cả năm hoặc nhiều năm. Đó là căn cứ vào phân tích khí tượng, tìm ra quy luật thủy văn của dòng chảy, thấy được khả năng lũ xảy ra. Trước mắt chỉ có thể phân tích định tính, không thể dự báo định lượng, nhất là khi xảy ra lũ vượt tiêu chuẩn, đối với thi công có ý nghĩa rất quan trọng. Ví dụ năm 1981 việc dự báo trên sông Hoàng Hà đã có tác dụng chỉ đạo kịp thời với công trình Long Dương Hiệp. Trước mắt, lưu lượng dẫn dòng đều dùng phương pháp tần suất, ấn định tiêu chuẩn nhất định, xác định theo cấp công trình. Đối với thời gian thi công hố móng các công trình khác nhau, dài là 2 ÷ 3 năm, ngắn là một năm, thậm chí trong một mùa khô, nên thường xuất hiện việc chọn lưu lượng thiết kế thiên lớn hoặc thiên nhỏ. Khi chọn tiêu chuẩn dẫn dòng thường dùng lưu lượng thiết kế chưa từng xuất hiện hoặc có khả năng xuất hiện thì đương nhiên là không kinh tế, nhưng cần bảo đảm an toàn thi công. Nếu có thể căn cứ vào dự báo dài hạn xác định lưu lượng dẫn dòng, sẽ đạt hiệu quả kinh tế. Do trước mắt tính chính xác của dự báo kém, không thể trực tiếp làm căn cứ cho thiết kế. Nhưng cần thiết coi trọng triệt để kết quả của dự báo dài hạn, sẽ dần từng bước được cải thiện. 18 Chương 1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng 1.5. VƯỢT CAO AN TOÀN CỦA ĐÊ QUAI 1.5.1. Vượt cao an toàn của đê quai không cho nước tràn qua Cao trình đỉnh đê quai không cho nước tràn qua, nói chung căn cứ vào mực nước lũ thiết kế cộng thêm chiều cao sóng và độ vượt cao để xác định bảo đảm nước không tràn qua đỉnh đê quai khi lũ thiết kế xảy ra, giá trị vượt cao an toàn đối với đập theo quy phạm. Cũng có thể dùng cho đê quai giá trị dưới vượt cao của các hình thức đê quai khác nhau xác định theo bảng 1-9. Với đê quai đất đá hỗn hợp hoặc xây khan có kết cấu tường nghiêng phòng thấm, độ cao vượt trên mực nước tĩnh, nói chung không nhỏ hơn 0.6 ÷ 0.8m; đối với kết cấu tường tâm, không nhỏ hơn 0.3 ÷ 0.6m. Giá trị vượt cao an toàn vượt lũ, ngăn lũ của thân đập trong khi thi công, nên theo yêu cầu vượt cao của đỉnh đập mà xác định. Khi xác định cao trình đỉnh đê quai, cần xét tới các trường hợp sau: Cao trình đỉnh đê quai thượng lưu, ngoài thỏa mãn yêu cầu phòng lũ ra, nếu có phát điện vận tải thủy, lấy nước tưới vv..., cần xét yêu cầu tổng hợp các lợi ích, xác định chiều cao mực nước thượng lưu, cộng thêm chiều cao sóng leo và độ vượt cao an toàn. Bảng 1.9.Giá trị nhỏ nhất vượt cao an toàn đỉnh đê quai không cho tràn qua Cấp đê quai Hình thức đê quai Tình hình sử dụng 2 3 4 và 5 Đê quai đất đá Bình thường 1.0 0.7 0.5 Đê quai đá xây khan Bình thường 0.5 0.4 0.3 Đê quai bê tông, đê quai đá xây, đê quai lồng gỗ, lồng tre, cọc cừ Bình thường 0.5 0.4 0.3 Bất thường 0.4 0.3 0.2 Ghi chú: (a) Vượt cao an toàn của đỉnh đập là chỉ chiều cao vượt so với chiều cao tính toán sóng. (b) Tính toán chiều cao sóng xác định theo quy phạm chuyên môn có liên quan. (c) Mực nước sử dụng bình thường là mực nước dâng bình thường hoặc mực nước lũ thiết kế, mực nước bất thường là mực nước lũ kiểm tra. Đối với đê quai hạ lưu, có cần xét tới độ cao sóng leo không cần căn cứ vào địa hình, cột nước, đường mặt nước và lưu tốc mà phân tích quyết định. Đối với sông suối miền núi nói chung không cần xét đến sóng leo khi xác định mực nước hạ lưu, cần xét tới ảnh hưởng biến đổi do xói lòng sông, vật lắng...; khi dòng xói và nước vật lớn, thì nên xét giá trị dâng cao mực nước. 19 DẪN DÒNG THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN Cao trình đỉnh đê quai dọc, cần xét tới dọc theo đường mặt nước hạ cộng thêm độ vượt cao an toàn, đỉnh đê quai lúc đó dốc nghiêng hoặc theo bậc thang. Đối với sông suối miền núi không xét tới chiều cao sóng, nhưng dọc theo đường mặt nước cần xét sóng dâng của dòng chảy qua thí nghiệm mô hình. Chiều cao sóng leo có ảnh hưởng tới đê quai chỉ khi chiều gió mặt nước trước đê quai lớn hơn 1 km. Nói chung cần xét tới tình hình cụ thể tốc độ lớn nhất thực đo của gió, chú ý tới hướng gió, địa hình, cột nước... chọn công thức thích hợp để tính toán. Đối với đê quai cấp 4 hoặc dưới cấp 4 có xét tới chiều cao sóng leo hay không thì tùy theo tình hình cụ thể mà xét. Trong thời gian dẫn dòng thi công, khi có nguy cơ rõ rệt do sạt bờ phía khu hồ thượng lưu (đê quai thượng lưu bị sạt), cần xử lý ngay. Nếu không tiện xử lý, chiều cao đê quai hoặc độ vượt cao an toàn thân đập trong thời kỳ thi công cần xét tới ảnh hưởng sóng dâng do bờ bị sạt sinh ra hoặc có thể dùng biện pháp an toàn khác. Đối với đê quai đất đá hỗn hợp, khi xác định cao trình đỉnh đê quai, cần tính đến tăng độ vượt cao của thân đê quai do lún gây ra. 1.5.2. Độ vượt cao an toàn của đê quai cho nước tràn qua Giá trị dưới dâng cao của đê quai do nước tràn qua, có thể chọn đê quai bê tông trong bảng 1-9. Nói chung không cần thêm độ cao sóng leo. Khi tính độ cao sóng leo không cần thêm độ vượt cao an toàn mà lấy giá trị lớn nhất trong 2 trường hợp trên. 1.6. HỆ SỐ AN TOÀN ỔN ĐỊNH CHÔNG TRƯỢT CỦA ĐÊ QUAI Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê quai chưa có quy định trong quy phạm của Nhà nước. Do kết cấu và hình thức của đê quai đa dạng, chất lượng thi công, xử lý nền và yêu cầu chống thấm không chặt chẽ, vật liệu và tài liệu thí nghiệm không đủ, số liệu cơ bản thiết kế còn sơ lược, nên khó quy định tiêu chuẩn một cách nghiêm ngặt. Hệ số an toàn của đê quai, nói chung sử dụng tiêu chuẩn cùng cấp của quy phạm đối với quy định của đập, tùy điều kiện thi công, yêu cầu vận hành và luận cứ thiết kế đủ tin cậy mà lựa chọn một cách thích đáng. 1.6.1. Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê quai đất đá hỗn hợp Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê quai đất đá hỗn hợp theo quy định đối với đập có thể dùng số liệu ở bảng 1-10, chỉ có cấp 4 trở lên hoặc chiều cao đê quai vượt quá 15m mới tiến hành tính toán. Khi móng là móng mềm, hãy tính toán thông qua hoạt động trượt của móng, tìm mặt trượt bất lợi nhất. Bảng 1.10. Hệ số an toàn ổn định chống trượt của mái đê quai bằng đất đá hỗn hợp 20