Xây dựng giếng có áp, Nhà máy thuỷ điện Nà Lơi

và đi vào các kênh dẫn thuỷ nông. Công trình thuỷ điện Nà Lơi nằm phía đông bắc lòng chảo Điện Biên, vị trí địa lý được xác định bởi toạ độ 210 độ 27 phút vị trí độ bắc, 130 độ 03 phút kinh độ đông. Đặc điểm địa hình vùng này là các dãy núi cao 1000-2000m và thấp dần về phía lòng chảo Điện Biên với cao độ 450 – 500m, các dãy núi được chia cắt bởi mạng lưới sông suối nhỏ, sâu, dốc lớn thuộc hệ thống sông Nậm Rốm, các thung lũng dạng chữ V có sườn dốc 30 – 60 độ. Sông Nậm Rốm – nơi xây dựng công trình, có độ dốc lớn chảy theo hướng Đông bắc – Tây nam, tạo thành các bậc thang có độ chênh nhỏ, tạo thành cánh đồng nhỏ có bề rộng 500 – 700m, kéo dài 500 – 1500m, dọc sông. 1.1.2.Hệ thống giao thông + Giao thông ngoài công trình : hệ thống đường giao thông chính từ ngoài công trường là quốc lộ đến công trường 279. Các loại trang thiết bị – vật kiệu được vận chuyển bằng Quốc lộ 279 vào. Đường quốc lộ 279 được trải nhựa và đủ cho hai luồng xe tránh nhau. + Giao thông trong công trường : Hệ thống giao thông được nối liền từ quốc lộ 279 đến các địa điểm thi công, đến từng hạng mục của công trình. Các đường này không trải nhựa vì chỉ phục vụ cho thi công, mặt đường đủ rộng để cho hai xe đủ lớn tránh nhau, một số đoạn có rọ đá bảo vệ bờ dốc. 1.1.3. Khí hậu Lưu vực song Nậm Rốm nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đông lạnh và khô, mùa hè nóng và ẩm. Phân bố mưa trên lưu vực sông Nậm Rốm có xu hướng tăng dần về phía thượng nguồn, lượng mưa trung bình hàng năm giao động trong khoảng 1500 – 2000mm. Lượng mưa trung bình năm trên sông Nậm Rốm tính đến tuyến Nà Lơi là 1980mm, trong khi đó tại trạm Điện Biên đo được là 1950mm. Mùa mưa ở đay kéo dài từ tháng năm đến tháng chín với lượng mưa chiếm 97% tổng lượng mưa cả năm. Tổng số lượng mưa trong năm đạt khoảng 132 ngày, trong đó mùa mưa chiếm tới 94 ngày, đạt khoảng 70% số ngày mưa trong cả năm. Lượng bốc hơi trung bình năm tại trạm khí tượng Điện Biên đo bằng ống Piche đạt 983mm, lượng bốc hơi khu vực được xác định theo chu trình cân bằng nước và bằng 750mm, lượng bốc hơi mặt nước là 1077mm, tổn thất hồ chúa nước xác định bằng 327mm. Nhiệt độ không khí trung bình năm là 22 độ C. Cao nhất là 30 độ C và thấp nhất là - 0.4 độ C. Độ ẩm không khí dao động từ 80 – 87%. Độ ẩm trung bình năm là 84%, độ ẩm tuyệt đối dao động từ 14 – 28mb. Trung bình năm là 22.5mb. Trị số trung bình tháng và năm của một số đặc trưng khí tượng tại trạm Điện Biên đại diện cho vùng Nà Lơi được trình bày trong hình 1.1 và 1.2. 1.1.4.Dân cư và điều kiện xã hội nhân văn Dân cư trong khu vực xây dựng nhà máy thuỷ điện Nà Lơi, chủ yếu tập trung ở thị xã Điện Biên gồm nhiều dân tộc như: Kinh, Thái, Mường. Kinh tế của khu vực nhìn chung là phát triển mạnh, vì đây là nơi có nhiều dấu ấn lịch sử của chiến tranh để lại, khác đến và thăm quan nhiều. Tại công trường thuỷ điện Nà Lơi dân cư chủ yếu là dân tộc Kinh và Thái, nghành kinh tế chủ yếu của họ là nương rẫy và trồng cây công nghiệp như Nhãn, Vải, Xoài, ngoài ra còn chăn nuôi gia súc, gia cầm như Lợn, Gà, Trâu, Bò. Nền văn hoá ở đây đang phát triển mạnh, một số trường học được xây dựng đầy đủ ở thị xã Điện Biên. Đặc biệt là có trường Cao Đẳng Sư Phạm Lai Châu. 1.2. Điều Kiện địa chất và địa chất thuỷ văn 1.2.1. Địa tầng thạch học Trong giai đoạn nghiên cứu khả thi người ta đã tiến hành đo dạc địa chất khu vực, tiến hành nghiên cứu đầy đủ về mặt địa tầng, địa chất kiến tạo và thạch học, người ta đã lập bản đồ địa chất công trình tỉ lệ 1:2000 trên diện tích 2.8km2 và các phân vị địa tầng. Trong phạm vi nghiên cứu chỉ lộ có hai loại đá trầm tích thuộc điệp Suối Bàng và phủ trên nó là các trầm tích bở rời hệ đệ tứ. hệ thống trên, bậc Nory – Ret phụ diệp Suối Bàng từ dưới lên trên bao gồm : Cuội kết, dăm kết, cát kết và sét kết xen kẹp được chia thành hai tập đá. Tập 1: Gồm Cuội kết, dăm kết, đá khoáng có kẹp sạn kết, phân kết dạng khối, xi măng cơ sở là cát kết màu xám tro bị nén ép mạnh, thế nằm trung bình (200 - 250) L (40 – 50 độ). Bề dày tập 450 – 500m. Tập 2 : Nằm chỉnh hợp trên tập 1 là đá bột kết màu xám nâu, xám đen, xen các lớp cát kết, sạn kết và sét kết, góc dốc lớp 40 –50 độ đổ về hướng tây nam, bề dày của tập 300 – 400m. Hệ đệ tứ Q Trầm tích aluvi (aQ) : Trong phạm vi nghiên cứu gặp rất ít trầm tích aluvi của sông suối, loại này trầm động dưới hai dạng đó là : bãi bồi và lòng sông. Tràm tích bãi bồi gồm : Cát, Cuội, Sỏi lẫn các tảng lăn lớn gặp tại một số điểm nhỏ dọc sông, kích thước các bãi bồi nhỏ hẹp : rộng 1 đến vài mét, chạy dài 3- 5m, bề dày 0.5 – 1m. Trầm tích thềm sông gặp ở bản Nà Lơi rộng 100 – 200m, dài 400 – 500m. Lớp sườn tàn tích (edQ) : Phát triển đá trầm tích diệp Suối Bàng, thành phần thạch học là á sét màu nâu, nâu vàng dẻo cứng đến dẻo mềm lẫn 15 – 20% dăm sạn sỏi cuội đá cuội kết, cát kết và sét kết, ở sườn đồi đôi khi gặp những tảng lă cuội kết kích thước khá lớn từ một vài đến hàng chục mét. 1.2.2 Cấu trúc địa chất tính nứt nẻ Trong phạm vi nghiên cứu trầm tích diệp Suối Bàng tuổi Nory – Ret phân bố thành dạng kéo dài theo hướng Tây Bắc- Đông nam, gồm các đá : Cuội kết, sạn kết, tuyển lên trên là cát kết, bột kết, cá thể nằm thoải dần từ 70 –45 độ đổ về phía Tây nam, phủ trên toàn bộ bề mạt chảu chúng là đá trầm tích a – dQ, tại lưu vực sông suối có trầm đọng lớp mỏng aluvi phân bố không đều, không liên tục. Trong khu vực nghiên cứư chỉ phát hiện đứt gãy bậc IV. Còn gặp một số đứt gãy, nứt nẻ bậc V phát triển theo hai hướng chính Tây băc - Đông nam và Đông bắc – Tây nam có chiều dày đới phá huỷ trung bình 0.2 – 0.5 mm. Hiện tượng nứt nẻ của đá phát triển tương đối mạnh và có xu hướng giảm dần theo chiều sâu, hệ thống nứt nẻ theo mặt lớp phát triển mạnh. các khe nứt có bề rộng nhỏ. Một đến vài mm chất nhét là sét, oxit sắt, một số khe nứt kín chất nhét là thạch anh, canxit. Do tính nứt nẻ kiến tạo neo trêm thì mức độ ảnh hưởng của chúng đến việc xây dựng công trình là không lớn. Đặc biệt đối với đường hầm đào trong đá nguyên khối thì hầu như không bị ảnh hưởng. 1.2.3 Phân chia các lớp đất đá và tính cơ lý. Theo đặc điểm tính chất mô tả ngoài thực địa kết hợp với việc lấy mẫu phân tích trong phòng, phân chia các lớp trong khu vực thành các đới sau : + Lớp I (e- dQ) : Lớp đất sườn tàn tích, thành phần á sét màu xám, nâu dẻo cứng đến cứng, lẫn 20- 30 % dăm sạn của đá cát kết, cuội kết, kích thước của đá dăm kết từ 1 – 5cm, đôi khi gặp tảng đắ có kích thước từ 1- 5m. + Lớp IA : lớp phong hoá mãnh liệt, đá gốc phong hoá thành đá sét, sét màu xám nâu dẻo cứng, lẫn 30- 40% dăm xạm của đá tảng, đá gốc có kích thước từ 1- 5cm, có độ cứng từ độ lớn trung bình đến yếu. Đá bị biến đổi thạch học hoàn toàn, các mối liên kết hoàn toàn bị phá huỷ, đôi nơn còn giữ được cấu trúc của đá mẹ. + Lớp IB : Lớp phong hoa yếu đá gốc dăm kết, cuội kết, cát kết, bột kết màu xám sáng, xám lục, xám đen đá bị phong hoá nứt nẻ mạnh. Mức độ biến đổi thạch học và giảm các chỉ tiêu cơ lý không nhiều, đá cứng chắc trung bình đến cứng dọc theo khe nứt đã bị biến đổi màu sắc và bị Oxit sắt hoá, chiều dày đới thay đới thay đổi phụ thuộc vào đá mẹ, chiều dài trung bình từ 5 – 10m, đôi khi từ 18 – 20m. + Lớp IIA : đá tương đối nguyên khối. Đá gốc không bị phong hoá đến rất cứng chắc, ít nứt nẻ, đá có chỉ tiêu cơ lý cao, tính thấm nước yếu. 1.2.4. Các hiện tượng và qua trình địa chất vật lý Do hiện tượng tại khu vực có núi cao, dốc lớn và nhiều suối sâu nên các hiện tượng địa chất vật lý tương đối phát triển mạnh. Quá trình phong hoá đất đá : Do điều kiện địa hình, khí hâu, thành phần cấu tạo đất đá nên quá trình phong hoá vật lý và hoá học diễn ra liên tục, tương đối mạnh và không đều theo vị trí. Toàn bộ khu vực có vỏ phong hoá dày, rất ít nơi lộ đá gốc và lớp này dễ bị trượt lở, không thuận lợi cho việc bố trí các kênh dẫn, đường ống cũng như nhà máy hở. Quá trình xâm thực bóc mòn : Do địa hình dốc, đất đá kém bền vững nên quá trình xâm thực bóc mòn phát triển ở mức độ mạnh, liên quan chặt chẽ đến sự hình thành các sông suối, các rãnh sói, các mương sói cắt sâu vào dất đá, điều này ảnh hưởng bất lợi đến việc bố trí các công trình. Hiện tượng trượt lở : chủ yếu diễn ra ở hai bờ sông và một số nhánh suối, do sườn dốc nên hiện tượng trượt lở phát triển mạnh, các khối trượt quan sát thấy không lớn nhưng do sườn có độ dốc lớn nên các khối trượt cao và dài ảnh hưởng đến việc bố trí các công trình. 1.2.5.Điều kiện địa chất thuỷ văn Dựa vào đặc điểm địa mạo, cấu trúc địa chất và địa chất thuỷ văn có thể chia khu vực ra ba hệ chứa nước sau : + Hệ chúa nước trong đá trầm tích : nước chứa và vận động trong các lỗ hổng lẫn dăm sạn, phức hệ này rất nghèo nước, mực nước dưới đất dao động mạnh, hệ số thấm từ 10-4 – 10-6 m/s. Về mùa khô ít thấy nước ngầm trong đới này. + Hệ chứa nước trong đá trầm tích tập 2 - điập Suối Bàng : Thành phần thạch học của đá là bột kết, cát kết và kẹp ít sạn kết, sét kết. Nước chứa và vận động trong các khe nứt của đá. Nguồn cung cấp nước cho tầng này chủ yếu là nước mưa và nước ngầm từ tầng trên xuống, thoát ra ở các khe suối bờ sông. Độ sâu mực nước ngầm trung bình từ 5- 10m. Loại hình hoá học của nước là bicácbonátcanxi- magiê, vàbicácbonátclorua – natri- canxi với độ PH từ 7.4 – 7.9. Nước ăn mòn bê tông do gốc axit HPO3- yếu. + Hệ chứa nước trong đá trầm tích tập 1 diệp Suối Bàng: thành phần thạch học của đá là cuội kết, dăm kết đa khoáng, kẹp ít sạn kết, cát kết và sét kết, nước chứa và vận động trong các khe nứt của đá. Nguồn cung cấp nước cho tầng này là nước mưa, nước ngầm từ tầng trên xuống thoát ra từ các hẻm suối, bờ sông. Tính thấm nước phụ thuộc rất nhiều vào tính nứt nẻ, vỡ vụn của đá. Hệ số thấm nước của đá thay đổi từ 0.1 – 1m trên ngày đêm. Độ sâu mực nước ngầm thay đổi từ 7 –10m lên phía đỉnh cao mực nước ngầm còn sâu hơn. Loại hình hoá của nước là : bicácbonátcanxi – magiê và bicácbonátclorua. 350 300 250 200 150 100 50 0 23 42 51 110 175 267 307 331 138 56 44 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng Hình 1.1 : Giao động lượng mưa trung bình tại trạm Điện Biên 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 Tháng Nhiệt độ không khí 00 C Hình 1.2 : Giao động của nhiệt độ không khí trung bình tháng tại trạm Điện Biên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lượng mưa (mm) Chương II : khái quát chung về công trình ngầm 2.1. Mục đích xây dựng công trình Nhà máy thuỷ điện Nà Lơi là nhà máy thuỷ điện thứ hai được xây dựng ở vùng này, sau nhà máy thuỷ điện Thác Bay. Vì vậy việc xây dựng nhà máy thuỷ điện Nà Lơi tạo ra lợi ích cho việc xây dựng và phát triển đất nước, nó góp phần điện khí hoá tới nông thôn và miền núi, vùng sâu, vùng xa. Với công suất nhà máy là 9300kw điện năng được hoà vào mạng lưới quốc gia, phù hợp với nhu cầu sử dụng điện trong tương lai. Điện lượng trung bình năm là : 46.29 triệu kwh. 2.2. Lựa chọn kiểu loại vào vi trí công trình Dựa vào tính chất công trình và điều kiện địa chất địa hình khu vực bố trí công trình ta đưa ra hai phương án về lựa chọn kiểu loại và vị trí bố trí công trình như sau : + Phương án 1: Tuyến đường dấn có bố trí giếng đứng. + Phương án 2 : Tuyến đường dẫn có bố trí giếng ngiêng (không có giếng đứng). Trên đây do yêu cầu của Đề Tài ta chỉ xét cho tuyến từ cửa hầm điều áp xuống đến khu vực đặt nhà máy. 2.2.1. Phân tích phương án 1 (hình 2.1) Phương án này gồm có một giếng đứng sâu 113.8m nối từ cửa hầm điều áp với đường hầm ngang dài 417.7m ra tới nhà máy. Tổng chiều dài đường hầm thi công là : 531.5m. + Ưu điểm của phương án : Theo các tài liệu khảo sát cũng với tài liệu đo vẽ bản đồ địa chất, thì gần toàn bộ chiều dài tuyến đường hầm nằm sâu trong đới đá nguyên khối (đới 2) của đá tấp 1 gồm : cuội kết, sạn kết, dăm kết, xen cát kết màu xám, xám tro rất vững chắc, phong hoá nút nẻ yếu, có hướng đổ theo đường hầm. Rất thuận tiện trong quá trình thi công đường hầm. Bảo vệ trong chiến tranh tốt. Độ bền và ổn định của kết cấu cao. + Nhược điểm của phương án : Chiều dài thi công lớn và việc lựa chọn kiểu loại và vị trí công trình như thế thì cùng lúc không thể thi công được nhiều hạng mục công trình. Điều đó dẫn tới thời gian hoàn thành công trình tăng và giá thành kinh tế cao. Tổng chiều dài dòng chảy lớn dẫn đến tổn thất năng lượng cao. Nhiều góc chuyển hướng xấp xỉ 90 độ dẫn đến tổn thất năng lượng cao. Chi phí bảo dưỡng lớn. 2.2.2. Phân tích phương án 2 (hình 2.2) Phương án này bố trí đặt giếng ngiêng bằng đường ống từ cửa hầm điều áp đến nhà máy dọc theo sườn đồi, có độ dài 439.5m. + Điều kiện địa chất nơi vị trí đặt đường ống. Lớp 1: Lớp sườn tích phủ toàn bộ mặt cắt có chiều dài mỏng trung bình từ 1 –2m. Đới IA : Đới phong hoá mãnh liệt, thành phần là á sét, lẫn dăm sạn của đá gốc có chiều dày 4- 5m . Đới IB : Là đá gốc của tập hai gồm bột kết, cát kết xen sét kết màu xám, xám đen có độ cứng trung bình, phong hoá nứt nẻ trung bình, có chiều dày từ 5- 10m. Mực nước ngấm cách mặt đất 7-8m. Có độ dốc sườn đồi thoải đều từ 18-22 độ, các hiện tượng trượt lở, đá lăn nguy hiểm ít. + Ưu điểm của phương án : Giảm được chiều dài của công trình và việc lụă chọn kiểu loại và vị trí công trình như thế này ta có thể tổ chức thi công nhiều hạng mục công trình trong cùng lúc. Điều đó dẫn đến thời gian hoàn thành công trình giảm và hiệu quả kinh tế cao. Mặt khác còn có các ưu điểm : dễ xây dựng, chi phí thấp, đễ lắp ráp, dễ bảo dưỡng, tổn thất năng lượng nhỏ. + Nhược điểm của phương án : Gần toàn bộ chiều dài tuyến xét được bố trí trong tầng đất đá yếu. Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách thi công lộ thiên – đặt đường ống thép dọc theo sườn đồi. Việc bố trí đường ống theo kiểu lộ thiên còn có nhược điểm khác là: Chịu ảnh hưởng của thời tiết. Độ bền và ổn định của kết cấu công trình không cao. Chịu ảnh hưởng lớn trong chiến tranh. 2.2.3. Kết luận Qua phân tích hai phương án trên ta thấy việc lựa chọn phương án hai là khả thi hơn đối với đặc điểm của công trình này. Vậy ta chọn phương án hai là phương án kiến nghị cho công trình. 2.3. Lựa chọn phương án thi công Công trình thiết kế là giếng nghiêng dẫn nước có áp được thiết kế bằng cách lắp ghép các ống thép áp lực. Vị trí bố trí giếng nghiêng có đáy cách mặt đất tự nhiên là : + Vị trí cao nhất : 7m + Vị trí cao nhất : 1m (xác định theo tỉ lệ bản đồ) Gần toàn bộ chiều dài tuyến nằm trong tầng đất đá yếu. Với đặc điểm công trình như trên ta có ba phương án thi công như sau : 2.3.1. Phương án 1: Thi công công trình hoàn toàn bằng phương pháp ngầm. + Ưu điểm của phương án : khối lượng đất đá đào ra san gạt là ít. + Nhược điểm của phương án : khó khăn trong thi công và độ an toán thấp, đặc biệt ở đây đất đá yếu và chiều sâu lớp đất đá đến đường ống nhiều đoạn rất thấp, ta phải thêm chi phí chống tạm cho công trình lớn. 2.3.2. Phương án 2: thi công công trình ngầm bằng phương pháp lộ thiên một phần. Ta thấy rằng với tính chất công trình như trên, phương pháp này áp dụng không kinh tế. 2.3.3. Phương án 3 : thi công công trình bằng phương pháp lộ thiên toàn phần. Theo phương án này ta sẽ tiến hành theo trình tự như sau : tạo mặt bằng thi công (chặt cây, đào gốc) - đào hào – lắp đặt đường ống. + Ưu điểm của phương án Phương án này có ưu điểm rất lớn là : Tiến độ thi công nhanh. Tính toán kết cấu tương đối đơn giản. Dễ thi công. áp dụng được cơ giớ hoá trong quá trình thi công. Đạt được hiệu quả kinh tế cao cho công trình. + Nhược điểm của phương án : Khối lượng đất đá đào ra và san gạt là tương đối lớn. 2.3.4. Kết luận Qua ba phương án nêu trên ta so sánh thấy việc chọn phương án 3 là khả thi hơn cả. Vậy ta chọn phương án 3 là phương án thi công cho công trình. + Ta thấy rằng việc chọn phương án 3 là phương án thi công cho công trình. Để thực hiện các công việc trên ta cần sơ bộ chọn các trang thiết bị chuyên dùng sau: Máy xúc - đào và xúc đất đá. Máy ủi – san gạt đất. Máy tời – tòi đường ống. Máy cẩu – cẩu các trang thiết bị. Chương 3 : Tính toán đường ống 3.1. Hình dạng kích thước tiết diện ngang đường ống. 3.1.1. Hình dạng tiết diện ngang đường ống. Do đây là đường ống giếng nghiêng, dẫn nước có áp nên ta chọn tiết diện ngang đường ống hình tròn là hợp lý nhất. Việc chọn hình dạng tiết diện ngang là hình tròn sẽ đảm bảo lợi nhất về thuỷ lực mặt khác cơ sở chọn hình dạng tiết diện ngang đường ống là hình tròn : mặt tầng của đất đá nằm nghiêng, áp lực nước lớn nhất và phương án thi công như ta đã chọn ở trên là phương pháp lộ thiên toàn phần – đặt đường ống trên các bệ đỡ và các kết cấu chống lăn và chống trượt theo sườn dốc của sườn núi. Nên việc lựa chọn hình dạng tiết diện ngang là hình tròn, sẽ tạo thuận lợi cho công việc thi công sau này cũng như tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình chế tạo và vận chuyển chúng. + Vậy ta quyết định chọn hình dạng tiết diện ngang đường ống là hình tròn. 3.1.2 Vật liệu chế tạo đường ống. Vật liệu làm đường ống có nhiều loại như : Thép, bê tông cốt thép, gỗ… Do tính chất của công trình là giếng nghiêng dẫn nước có áp nên vật liệu làm đường ống phải thoả mãn các yêu cầu sau : + Khả năng chịu lực. + Đảm bảo về tính thuỷ lực. + Tuổi thọ công trình. + Hình dạng tiết diện ngang công trình. + Đảm bảo tiến độ thi công. Căn cứ váo các thông số về công trình, dữ liệu và các yêu cầu nêu trên, kết hợp kinh nghiệm thực tế khi thiết kế đường ống dẫn nước có áp. Ta đi đến chọn vật liệu làm đường ống là thép thuỷ lực. Loại này có khả năng đảm bảo về tính thuỷ lực cao, tiến độ thi công nhanh, sức cản thuỷ lực nhỏ, phù hợp với hình dạng tiết diện ngang công trình. + Vởy ta quyết định chọn vật liệu cấu tạo đường ống là bằng thép thuỷ lực, thép CT3. 3.1.3. Kích thước tiết diện ngang đường ống. Việc lựa chọn kích thước tiết diện ngang đường ống là một trong những vấn đề quan trọng nhất khi thiết kế đường ống. Khi lựa chọn chủ yếu là căn cứ vào điều kiện kinh tế, ngoài ra còn cần nghiên cứu vật liệu làm đường ống cung cấp, thi công chế tạo và điều kiện vận chuyển cùng với các kỹ thật khác, đặc biệt đây là đường ống dẫn nước có áp, nên điều kiện về thuỷ lực là rất quan trọng. + Đường kính kinh tế của đường ống thép được xác định theo công thức sau : Dkt = , m Trong đó : Qmax – là lưu lượng nước lớn nhất của đường ống, Qmax = 7.8 (m3/s). Hmax – cột nước lớn nhất, Hmax = 154.7 (m). do đó : Dkt= =1,485, m Xét về thuỷ lực đường kính đường ống D=1.6m là đạt yêu cầu. Nhưng phụ thuộc vào điều kiện thi công, do vậy chọn đường kính đường ống như sau : đường ống áp lực do diều kiện thi công ngoài trời, vậy ta chọn đường kính trong của đường ống là : D=1.6m. + Độ dày của thành ống. Độ dày của thành ống do tính toán cường độ quyết định lúc này độ dày thành ống(d) có thể xác định theo ứng suất vòng, bởi vì ứng suất vòng là nhân tố quyết định độ dày thành ống. Độ dày thành ống được xác định dựa trên công thức sau: d³ , cm Trong đó : ﻻ - trọng lượng riêng của nước, ﻻ= 1, kg/cm3 H – cột nước tính toán, H=154.7, m . D - đường kính bên trong ống, D=1.6, m. - hệ số xét đến gối nối (≤1), lấy =1. [] – ứng suất cho phép của vật liệu, Do : D tính bằng mét, tính bằng cm do đó: d³ = = 1.47, cm. Lấy tròn 1.8cm và lấy thêm 0.2 cm để đề phỏng han gỉ. Vậy sơ bộ ta chọn độ dày thành ống để đảm bảo về thuỷ lực là : d = 2, cm. + Vậy : Diện tích mặt cắt ngang trong ống là : S1= = = 2, m2. Diện tích mặt cắt ngang ngoài ống là : S2 = = = 2,11, m2. Sơ đồ hình dạng, kích thước mặt cắt ngang đường ống thể hiện trên Hình 3.1. 3.2. Tính toán thuỷ lực cho đường ống. 3.2.1. Tính tổn thất thuỷ lực Tổn thất thuỷ lực trong ống gồm : tổn thất do ma sát của dòng chảy và tổn thất cục bộ ở miệng ống. + Tổn thất thuỷ lực do ma sát : Được tính theo công thức sau : hd = a.m . L, m. Trong đó : V – vận tốc dòng chảy khi Qmax , V = 3. m/s. D0 - đường kính trong của ống, D0=1,6, m. L – chiều dài đoạn ống, L= 439,5, m. a – hệ số phụ thuộc cách nối mép tấm làm ống, a= 0,00083. m – hệ số xét đến thời gian sử dụng ống, ta lấy m = 1,16, năm. Do đó : hd = 0,00083 . 1,16 .439,5 = 0,5, m. + Tổn thất cục bộ được tính theo công thức sau : hc = . , m. Trong đó : V – vận tốc dòng chảy tại chỗ tính, V= 3, m/s. g - Gia tốc trọng trường, g= 9,81, m/s2. - hệ số tổn thất cục bộ, =0,1 . Do đó : hc = 0,1 . = 0,04, m. + Toàn bộ tổng tổn thất trong ống là : h= hd+ hc = 0,5 + 0,04 = 0,54,m. + Vậy cột nước thực tế là : H=154,7 – 0,54 = 514,16, m. 3.3 Hình thức và cấu tạo ống thép Hình thức và cấu tạo ống thép được thể hiện trên Hình 3.2. Đường ống được làm bằng thép thuỷ lực CT3, đường ống được chế tạo trước tại các nhà máy và được vận chuyển tới công trường. Để thuận lợi cho công tác vận chuyển và đưa đường ống vào đúng vị trí công trình, ta chọn thiết kế đoạn ống dài 8m. Đường ống gồm những đoạn ống liên kết lại với nhau, công việc liên kết được tổ chức thực hiện tại hiện trường. Biện pháp liên kết các đường ống là dùng các đinh bu lông kêt hợp doăng cao su và các cái bích liên kết tại các đầu ống có cấu tạo mặt bích. Hình thức liên kết được thể hiện trên Hình 3.3. 3.4 Phương thức đặt đường ống. Phương thức đặt đường ống được thể hiện trên Hình 3.4. Như trên ta đã chọn ống thép được đặt theo kiểu lộ thiên, phương thức đặt ống thép theo kiểu lộ thiên là đường ống nói chung được đặt lên các bệ đỡ, bệ đỡ có tác dụng đỡ và ôm cho đường ống. Dọc theo chiều dài, đường ống được tựa trên các bệ đỡ. Để giữ đường ống ta thiết kế thêm đai ống có tác dụng giữ chặt đường ống không cho đường ống di động. Do cấu tạo của đường ống, khoẳng cách giữa các mối liên kết đoạn ống là không lớn (8m) cho nên ta không cần bố trí thêm các bệ đỡ trung gian, mà tại các chỗ liên kết ta bố trí bệ đỡ và đai ống kết hợp lớp bê tông bảo vệ được cấu toạ thành một khối liên kết chặt chẽ với nhau và có tác dụng giữ được độ ổn định cho toàn tuyến đường ống. 3.5. Tính toán kết cấu đường ống. 3.5.1. Tính toán các lực tác dụng lên đường ống. Sơ đồ tính được thể hiện trên Hình 3.5. áp lực nước trong ống. áp lực nước trong ống được tính theo công thức sau : A1= ﻻn.H, N/m. Trong đó : ﻻn – trọng lượng riêng của nước, ﻻn = 9810, N/m3. H – cột nước tính toán, H=154, m. Do đó : A1= 9810 . 154 = 1510740, N/m2. + Lực A1 thông qua thành ống truyền lên bệ đỡ. ứng suất lực này gây lên thành ống là : A’1 = , N/m2. Trong đó : D - đường kính thành ống, D=1,64, m. t – chiều dày thành ống, t = 0,02, m. Do đó : A’1 = = 14668517, N/m2. Trọng lượng bản thân ống. Trọng lượng bản thân của ống có hướng thẳng đứng từ trên xuống và phân bố đều trên chiều dài ống. + Trọng lượng bản thân ống trên mỗi mét dài là : A2 = ﻻ2 . sin, N/m. Trong đó : ﻻ2 – trọng lượng riêng của vật liệu làm ống, ﻻ2 = 77000, N/m3. - Góc nghiêng của ống so với mặt ngang, = 150. D - Đường kính ngoài của ống, D= 1,64, m. t - Độ dày của thành ống, t = 0,02, m. A2 = 3,14 . 1,64 .0,02 .77000 . sin150 = 2052,5, N/m. + Trọng lượng ống giữa hai bệ đỡ là : A2’= A2 . L, N. Trong đó :L – Khoảng cách giữa hai bệ đỡ, L=8,m. A2 - Trọng lượng bản thân ống trên mỗi mét dài. Do đó : A’2= 2052,5 .8 = 16420, N + Lực n1 vuông góc với trục ống là : n1 = A’2 . cos= 16420 .cos150 = 15860, N. Lực A’2 hướng xuống dưới theo trục ống truyền lên bệ đỡ và gây ứng suất nén (hoặc kéo) trong thành ống. Trọng lượng nước trong ống. Trọng lượng nước trong ống có hướng tác dụng thẳng đứng từ trên xuống và phâm bố đều theo chiều dài ống. Trọng lượng nước trên mỗi mét dài của ống là : A3 = . d2. ﻻn.sin , N/m. Trong đó : d - đường kính trong của ống, d=1,6m. ﻻn – Trọng lượng riêng của nước, ﻻn =9810, N/m2. A3 = = 5102, N/m. Trọng lượng nước giữa hai bệ tựa là : A’3 = A3 . L = 5102 . 8=4081,N. Thành phần vuông góc với trục ống là : n2 = A’3 .cos150 =39425, N. 3.5.2.Tính toán đường ống : Dưới tác dụng của các lực nói trên trong thành ống phát sinh những ứng suất sau : ứng suất kéo, theo hướng vòng của thành ống v do áp lực nước trong ống sinh ra. Tính theo công thức : v = , N/cm2 Trong đó : ﻻ - Trọng lượng riêng của nước, ﻻ= 9810, N/m3. H - đầu nước tính toán, H=154,7, m. D0 - đường kính trong ống, D0 = 1,6, m. t – chiều dày thành ống, t=0,02, m. v = = 6070, N/cm3. ứng suất nén theo hướng trục, do tổng các lực hướng trục () sinh ra : t = , N/cm2. Trong đó : D0 - đường kính trong ống, D0 = 160 (cm). t – chiều dày thành ống, t =2 (cm). - tổng các lực hướng trục, - A’2 + A’3 +n1 + n2 = 16420 + 40816 + 15860 +39425 = 112521, n/cm2. ứng suất uốn theo hướng trục do n1 và n2 sinh ra. Ta xét một đoạn ống : hai đầu đoạn ống được giữ cố định (bởi bệ tựa) ; ống được coi như dầm ngầm hai đầu. Đươc thể hiện trên ,Hình 3.6.a + Tải trọng phân bố đều : q= (A2 . cos + A3 . cos) . L, N. L – chiều dài đoạn ống, L=8, m. q= 8(2052,5 +5102) . cos150 = 55285, N. Dựa vào sơ đồ tính toán Hình 4.2.a ta có :+ Lực cắt N : NA =NB = = =221140, N. + Phản lực gối tựa : Qx = (1 – 2), N. Tại A: QA =221140, N. Tại B: QB =- 221140, N. Tại C: QC =0, N. +Mô men uốn : Mx = - (1 – 6. +6.), N.m. Tại A và B : MA = MB = - = - 294853, N.m. Tại C : MC =Mmax == 147426, N.m. Từ các thông số tính toán trên ta có biểu đồ nội lực: Hình 3.6.b.c.d. a NA A NB B QA QB q L=8m + b 221140 N 221140 221140 c 3.5.3.Kiểm tra bền : Mặt cắt ống có hình vành khăn nên mô men quán tính bằng : j = t .d3 , N/cm3. Mô men chống uốn bằng : n = Mô men chống uốn bằng : w = = . t. D2, N/cm2. Trong đó : t – chiều dày thành ống, t = 2, cm. D - Đường kính ngoài ống, D = 164, cm. M – mô men uốn, M = +294853. Thay các thông số vào ta được : j = .2. (164)3 =346295, N/cm3. w = .2. (164)2 =42226, N/cm2. n = + = 1152, N/cm2. m – hệ số Poisson, m=0,3 Tổng ứng suất dọc trục : 1 =t +u +v = 112 +1152 +0,3 . 6070. Tổng ứng suất ứng vòng = 3085, N/cm2. 2 =v +m (t +u) = 6070 + 0,3(112 + 1152)=6449,2, N/cm2. ứng suất cho phép của thép CT16 là : [] = 84000, N/cm2. Ta có : 1 < [] và 2 <[]. Vậy điều kiện vật liệu được thoả mãn. 3.5.4 Tính toán bệ đỡ : Sơ đồ tính toán thể hiện trên Hình 3.7. + Bệ đỡ được chế tạo sẵn bằng vật liệu là bê tông rồi đem đến hiện trường . + Tác dụng của bệ đỡ : Bệ đỡ có tác dụng rất lớn trong thiết kế đường ống thép. Toàn bộ chiều dài tuyến đường ống được đặt lên trên bệ đỡ. Trong việc đặt ống theo kiểu lộ thiên, đường ống được bố trí cao hơn mặt đất nhờ các bệ đỡ, nhằm tránh hiện tượng han rỉ đường ống nhanh. + Thành phần lực tác dụng lên bệ đỡ vông góc với đường ống gồm có hai phân lực của trọng lực A’2 và phân lực của trọng lượng nước A’3 . Ngoài lực này ra còn có lực ma sát hướng trục a5 và trọng lượng bản thân của bệ (Q). Lực ma sát truyền lên mỗi bệ đỡ là : a5 = ( A’2 + A’3). - là hệ số ma sát, = 0,7. Thay vào đó ta được : a5 = 0,7 (16420 + 40816) = 40065, N. + Các bệ đỡ được bố trí tại các điểm nối của các đoạn ống. Nên khoảng cách giữa các bệ đỡ là L = 8,m. Các lực tác dụng lên bệ đỡ được tính như sau : Tất cả các lực chiếu trên trục X là : X = a5. cos - (A’2 + A’3). sin . tất cả các lực chiếu trên trục Y là : Y= a5. sin + (A’2 + A’3). cos +Q. Hệ số ổn định chống trượt của gối đỡ được tính theo công thức : Kt = (3.5) Trong đó : , A’2, A’3, Q như trên. Kt – hệ số ổn định chống trượt, Kt = 1,5. - Hệ số ma sát, =0,65. Từ công thức 3.5, ta có : Q = - (a5.sin + (A’2 + A’3).cos) Q= - (40065. sin150 + (16420 + 40816).cos150). Q = 5350, N = 5,35, KN. Thể tích của bệ đỡ là : V= , m3+. Trong đó : - là trọng lượng riêng của vật liệu bê tông, =2,5 , T/m3. do đó: V= = 2,14, m3. + Căn cứ vào thể tích của bệ đỡ tính được kích thước của bệ đỡ và hình dạng của nó. Hình dạng và kích thước của bệ đỡ được thể hiện trên (Hình 3.8). 3.5.5. Tính toán đai cắm. Sơ đò tính toán (Hình 3.8) Xét trọng lượng (G) của một đoạn ống (8m). Ta có : G = A’2 + A’3 + k. A’3 (T). Trong đó : A’2 – là trọng lượng của một đoạn ống, A’2 = 1,642, T. A’3 – là trọng lượng nước trên một đoạn ống, A’3 =4,0816, T. k – là hệ số xước va tăng, k = 4 – 7, k= . Do đó : G = 1,642 + 4,0816 + .4,0816 = 34,3. T. Ta có : + Lực gây trượt (T) được tính toán theo công thức : T = G.sin150 =8,9 T. + Tính lực chống trượt của bệ đỡ : Bản chất là lực ma sát giữa ống và bệ đỡ. Ta có: T1 = SABCD . .n , T. Trong đó : SABCD – là diện tích mặt tiếp xúc, SABCD = 1.A.B = 1.2/3.R =1,7, m2. - là hệ số ma sát giữa bề mặt bệ đỡ với ống, = 0,75. n – là cường độ đơn vị của lực tác dụng vuông góc với bộ. n = Vậy : T1 = 1,7 . 0,75. 5,7 =7,3, T. Vành đai phải chịu lựclà : T2 = T – T1 = 8,9 –7,3 =1,6, T. Tại mỗi trụ ta bố tri9s hai vành đai do vậy mỗi vành đai chịu một lực là 0,8 T. Ta chọn thép làm đai là AII có [] = 2800, kg/cm2 = 2,8 .103 T/m2. Chiều rộng vành đai là : 0,02 m. + Kiểm tra vành đai : Ta có : [d] = = = 800, T/m2. Vậy [d]< []. Do đó thép làm vành đai được đảm bảo. 3.5.6 Lớp bảo vệ : Tại chỗ liên kết các đoạn ống ta bố trí lớp bảo vệ bằng bê tông đổ tại chỗ liên kết tại nơi có đặt bệ đỡ. Lớp bảo vệ này có tác dụng : góp thêm phần chống trượt và chống lăn cho đường ống khi đã bố trí kết cấu chống trượt và kết cấu chống lăn là bệ đỡ và đai ống. Góp phần bảo vệ đoạn liên kết và giữ ổn định cho toàn tuyến đường ống. Hình dạng và kích thước lớp bảo vệ được thể hiện trên (Hình 3.9). + Thể tích lớp bảo vệ : Vbv = Vtp – (Vc + Vb). Trong đó : Vtp - thể tích toàn khối, Vtp = 4,820. 3,140 . 1,500 =22,7, m3. Vc – Thể tích ống dài 1,5m, Vc = .1,5 = 3,16, m3. Vb – thể tích bệ đỡ, Vb = 3,85, m3. Do đó : Vbv = 22,7 – (3,16 + 3,85) = 15,69, m3. + Cốp pha lớp bê tông bảo vệ : Do lớp bảo vệ trên mỗi đoạn, khối lượng bê tông lớp bảo vệ là không lớn (15,69 m3), và việc bố trí cốp pha là tương đối đơn giản. Để tiện trong việc lắp ghép và đẩy nhanh tiến độ lắp dựng cốp pha cho lớp bảo vệ. Ta chọn cốp pha là các tấm thép được ghép lại với nhau và sử dụng các cọc gỗ chống để định vị chúng. Dựa vào hình dạng và kích thước lớp bảo vệ ta có thể tính được số lượng thép tấm cần thiết cho mỗi khối bảo vệ là : 25m3. Việc tổ chức thi công đổ bê tông lớp bảo vệ do đặc tính như trên của công trình nên ta tổ chức đổ bê tông bằng đổ thủ công tại chỗ. Bê tông lớp bảo vệ dùng bê tông mác 250. Sơ đồ lắp dựng cốp ._.