Sổ tay Kỹ thuật thủy lợi - Phần 2

Nội dung text: Sổ tay Kỹ thuật thủy lợi - Phần 2

1. Mục lục 5 5 Mục lục Lời giới thiệu 3 Mục lục 5 A. Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 13 Chương 1. Phân loại, phân cấp và các giai đoạn hình thành công trình thủy lợi 17 1.1. Phân loại và phân cấp công trình thủy lợi 17 1.1.1. Phân loại công trình thủy lợi 17 1.1.2. Phân cấp công trình thủy lợi (gọi tắt là công trình thủy: CTT) 18 1.1.3. Tiêu chuẩn thiết kế 22 1.2. Giai đoạn hình thành và khai thác công trình thủy lợi 27 1.2.1. Giai đoạn quy hoạch xác định hệ thống các CTT 27 1.2.2. Giai đoạn lập dự án CTT 28 1.2.3. Giai đoạn thực hiện dự án xây dựng CTT 30 1.2.4. Giai đoạn quản lý vận hành và bảo trì CTT 32 Chương 2. chọn tuyến và bố trí công trình 34 2.1. Tuyến công trình đầu mối thủy lợi 34 2.1.1. Các khái niệm về tuyến 34 2.1.2. Tuyến ở mỗi loại bố trí công trình 35 2.1.3. Tuyến đập 37 2.1.4. Tuyến công trình xả lũ 40 2.1.5. Tuyến năng lượng 42 2.1.6. Tuyến công trình ngăn mặn 43 2.1.7. Một số vấn đề chung về chọn tuyến 45 2.2. Bố trí tổng thể công trình đầu mối 46 2.2.1. Những nguyên tắc chung 46 2.2.2. Bố trí công trình không có đập ngăn sông 48 2.2.3. Bố trí công trình với cột nước thấp 48 2.2.4. Bố trí công trình với cột nước trung bình 49 2.2.5. Bố trí công trình với cột nước cao 51 2.2.6. Một số nhận xét chung 51 2.3. Đặc tr•ng cơ bản một số công trình thủy lợi ở Việt Nam 54 2.3.1. Các công trình thủy điện 54 2.3.2. Các công trình thủy lợi đầu mối 63 2.3.3. Các công trình ngăn mặn 72
2. 6 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 2.4. Một số mặt bằng bố trí công trình 73 Chương 3. tải trọng và tác động 95 3.1. Tổng quát về tải trọng, tác động và những tổ hợp của chúng 95 3.2. Trọng l•ợng bản thân của công trình 97 3.3. áp lực thủy tĩnh và thủy động 98 3.4. Lực tác dụng của dòng thấm lên đập bê tông và bê tông cốt thép 99 3.5. Tác dụng của sóng (do gió) 102 3.5.1. Các thông số tính toán của sóng ở vùng mặt nước thông thoáng 102 3.5.2. Tải trọng của sóng đứng lên công trình có mặt chịu áp thẳng đứng 111 3.5.3. Độ cao sóng leo 113 3.5.4. Độ dềnh do gió 114 3.6. áp lực bùn cát 115 3.7. Tải trọng động đất 115 3.7.1. Đánh giá cấp động đất ở địa điểm xây dựng công trình thủy 115 3.7.2. Xác định tải trọng động đất 117 Chương 4. Tính toán thấm qua nền và vòng quanh công trình thủy lợi 125 4.1. Tổng quát 125 4.1.1. Nhiệm vụ tính toán thấm và các bài toán thấm 125 4.1.2. Lý thuyết cơ bản về thấm 126 4.2. Tính toán thấm có áp ở nền công trình thủy bằng ph•ơng pháp cơ học chất lỏng 128 4.2.1. Đáy CTT có một bản cừ không thấm trên nền thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.1 a) 128 4.2.2. Đáy CTT có một bản cừ trên nền thấm nước có chiều dày hữu hạn (hình 4.1 b) 129 4.2.3. Công trình có bản đáy phẳng không có bản cừ trên nền thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.2 a) 130 4.2.4. Bản móng phẳng trên nền thấm nước chiều dày hữu hạn (hình 4.2 b) 131 4.2.5. Bản móng phẳng đặt chìm vào nền thấm nước có chiều dày vô hạn (hình 4.5) 133 4.2.6. Bản móng phẳng có một bản cừ không thấm trên nền thấm nước chiều dày hữu hạn (hình 4.6) 134 4.2.7. Bản móng phẳng có vật thoát nước nửa hình tròn trên nền thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.7) 135 4.2.8. Bản móng phẳng có vật thoát nước phẳng trên nền thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.8) 136 4.3. Tính toán thấm có áp d•ới nền công trình thủy theo ph•ơng pháp phân đoạn 136 4.3.1. Bản móng có các bản cừ không thấm trên nền thấm nước chiều dày hữu hạn (hình 4.9) 137 4.3.2. Bản móng có các bản cừ thấm nước trên nền thấm nước chiều dày hữu hạn (tính toán theo V.P. Nedriga) 139 4.4. Sử dụng l•ới thấm để tính toán thấm có áp d•ới nền công trình thủy 141
3. Mục lục 7 7 4.4.1. Vẽ lưới thấm bằng phương pháp đồ giải 141 4.4.2. Tính toán các thông số của dòng thấm theo lưới thủy động lực 143 4.5. Tính thấm có áp d•ới nền công trình thủy theo ph•ơng pháp hệ số cản của Tsugaép R.R. 144 4.6. Thấm bán áp d•ới công trình thủy 146 4.6.1. Bản móng phẳng khi không có tầng lót không thấm (hình 4-19, a) 147 4.6.2. Bản móng phẳng khi có tầng lót không thấm (hình 4-19, b) 148 4.6.3. Bản móng phẳng có bản cừ và tầng lót không thấm (hình 4-19, c) 148 4.6.4. Bản móng phẳng có bản cừ, có vật thoát nước sau bản cừ trên nền thấm có tầng lót không thấm (hình 4-19, d) 148 4.7. Thấm không áp vòng quanh khu vực nối tiếp giữa công trình thủy với bờ có xét đến ảnh h•ởng dòng n•ớc ngầm ở bờ 149 4.7.1. Sơ đồ tính toán thấm theo V.P. Nedriga (hình 4-20) 149 4.7.2. Màn chống thấm dạng tường đơn không thấm nước (hình 4-21) 150 4.7.3. Tường biên có một màn chống thấm đặt ở vị trí bất kỳ (hình 4-22) 152 4.7.4. Trụ biên có một màn ngăn nước ở phía thượng lưu khi đường mép nước ở hồ chứa có dạng g∙y khúc (hình 4-27) 157 4.8. Thấm không áp vòng quanh vùng nối tiếp đập bê tông với đập đất trên tầng lót không thấm (Tính toán theo V.P. Nedriga) 160 4.8.1. Phương pháp tính 160 4.8.2. Phân đoạn loại I (hình 4-31) 160 4.8.3. Phân đoạn loại II, III và IV 161 4.8.4. Phân đoạn loại V 163 4.8.5. Phân đoạn loại VI (hình 4-33) 164 4.8.6. Chiều sâu dòng thấm trên các biên giữa các phân đoạn kề nhau 164 4.8.7. Tường biên nối tiếp có một màn chắn không thấm 166 Chương 5. Một số phương pháp tính toán kết cấu trong thiết kế công trình thủy lợi 169 5.1. Khái niệm chung 169 5.2. Ph•ơng pháp ứng suất cho phép 170 5.3. Ph•ơng pháp hệ số an toàn 170 5.4. Tính toán công trình theo trạng thái giới hạn 170 5.4.1. Tải trọng tính toán 171 5.4.2. Tính sức chịu tải của vật liệu 171 5.5. Tính toán công trình theo lý thuyết độ tin cậy 172 5.5.1. Cơ sở đánh giá độ tin cậy của công trình 172 5.5.2. Bài toán tính độ bền của kết cấu bê tông 174 5.5.3. Bài toán về ổn định đập bê tông trọng lực và tường chắn đất 175 5.5.4. Bài toán về khả năng tháo nước 176
4. 8 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 5.5.5. Bài toán về tuổi thọ công trình 177 5.6. Quan hệ giữa tần suất đảm bảo với hệ số dự trữ 177 B - Đập đất đá 179 Chương 1. Đập đất 181 1.1. Tổng quát và phân loại đập đất 181 1.1.1. Tổng quát về đập đất 181 1.1.2. Phân loại đập đất 182 1.2. Vật liệu để xây dựng đập 185 1.2.1. Tổng quát 185 1.2.2. Tính chất cơ lí của đất 187 1.2.3. Tính thấm nước của đất 191 1.2.4. Tính biến dạng của đất 192 1.2.5. Cường độ của đất 194 1.2.6. Yêu cầu đối với nền đập đất 197 1.3. Cấu tạo mặt cắt ngang của đập đất 198 1.3.1. Đỉnh đập 198 1.3.2. Mái dốc của đập đất 200 1.3.3. Cơ đập 200 1.4. Gia cố mái dốc của đập đất 201 1.4.1. Gia cố mái dốc thượng lưu 201 1.4.2. Gia cố mái dốc hạ lưu 201 1.5. Vật chống thấm (VCT) 202 1.5.1. Nhiệm vụ của vật chống thấm 202 1.5.2. Vật chống thấm (VCT) bằng đất 203 1.5.3. Vật chống thấm (VCT) không phải là đất 204 1.6. Vật thoát n•ớc (VTN) 205 1.6.1. Tổng quát 205 1.6.2. Cấu tạo và bố trí VTN 206 1.7. Nối tiếp đập đất với nền, bờ và với công trình bê tông 210 1.7.1. Nối tiếp đập với nền và bờ 210 1.7.2. Kết cấu nối tiếp 211 1.8. Đặc điểm cấu tạo và thi công đập đất 212 1.8.1. Đập đất đắp khô 212 1.8.2. Đập đất đắp trong nước 215 1.8.3. Đập đất bồi 217
5. Mục lục 9 9 Chương 2. Đập hỗn hợp đất đá, đập đá đổ, đập đá xây 230 2.1. Tổng quát và phân loại 230 2.1.1. Tổng quát về đập đá đổ 230 2.1.2. Phân loại đập đá đổ 232 2.2. Vật liệu để xây dựng đập đá đổ 233 2.2.1. Tổng quát 233 2.2.2. Tính chất vật liệu đá 234 2.3. Lựa chọn loại đập 238 2.4. Mặt cắt ngang của đập đá đổ 239 2.4.1. Đỉnh đập 239 2.4.2. Mái dốc của đập đá đổ 240 2.5. Kết cấu chống thấm trong đập đá đổ 241 2.5.1. Tổng quát 241 2.5.2. Vật chống thấm bằng đất 241 2.5.3. Vật chống thấm không phải là đất 246 2.6. Đập đá đổ t•ờng trọng lực 252 2.7. Biện pháp và kết cấu chống thấm ở nền đập đá đổ 253 2.7.1. Đá gốc lộ ra bề mặt đất hoặc bị che phủ một lớp trầm tích có độ dày nhỏ 253 2.7.2. Nền đá gốc nằm cách mặt đất một độ sâu khá lớn nhưng vẫn có thể với tới được 256 2.7.3. Đá gốc nằm ở độ sâu không có khả năng với tới về thực tế 256 2.8. Biện pháp tháo lũ thi công qua đập đá đổ đang xây dựng 257 2.8.1. Tháo lũ thi công theo sơ đồ dốc nước 258 2.8.2. Tháo lũ thi công theo sơ đồ đập tràn ngưỡng rộng 259 2.8.3. Tháo lũ bằng phương pháp thấm nước qua đá đổ 262 2.9. Đập đất đá thấm n•ớc và tràn n•ớc 265 2.9.1. Khả năng thấm nước qua đập đá đổ 265 2.9.2. Đập đá đổ có bề mặt gia cố để tràn nước 266 2.10. Đập đất đá xây dựng bằng nổ mìn định h•ớng 267 2.10.1 Điều kiện xây dựng 267 2.10.2. Loại đập thi công bằng nổ mìn định hướng 268 2.10.3. Tính chất cơ lí của đất trong đập đá đổ thi công bằng nổ mìn định hướng 269 2.10.4. Tính toán các thông số chính trong nổ mìn 269 2.11. Đập đá xây 273 2.11.1. Phân loại đập đá xây 273 2.11.2. Ưu nhược điểm của đập đá xây 274 Chương 3. Kết cấu gia cố mái dốc đập đất đá 278 3.1. Tổng quát 278 3.2. Thiết kế tầng đệm d•ới kết cấu gia cố 280 3.2.1. Tổng quát 280
6. 10 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 3.2.2. Tầng đệm dưới kết cấu gia cố bằng lớp che phủ liên tục 281 3.2.3. Tầng đệm dưới gia cố bằng tấm bê tông có khe nối hở 281 3.2.4. Chiều dày của các lớp đệm dưới gia cố bằng bê tông cốt thép 284 3.2.5. Tầng đệm dưới gia cố bằng đá 284 3.3. Thiết kế gia cố bằng đá 288 3.3.1. Tổng quát 288 3.3.2. Tính gia cố bằng đá đổ 289 3.3.3. Gia cố bằng đá xếp 293 3.4. Thiết kế gia cố bằng lớp phủ bê tông cốt thép đổ liền khối hoặc đổ theo tấm lớn sau đó lấp kín các khe nối bằng bê tông 295 3.4.1. Tính toán ổn định chung của lớp gia cố 295 3.4.2. Tính độ bền và biến dạng của lớp gia cố bê tông cốt thép 296 3.4.3. Cấu tạo của lớp gia cố bê tông cốt thép đổ liền khối 299 3.5. Thiết kế gia cố hở bằng tấm bê tông cốt thép lắp ghép 300 3.5.1. Tính ổn định và cường độ của tấm gia cố 300 3.5.2. Cấu tạo của gia cố hở 301 3.6. Một số loại gia cố khác 303 3.6.1. Gia cố bằng bê tông atphan 303 3.6.2. Gia cố bằng vữa cát nhựa đường liên kết với đá 304 3.6.3. Gia cố mái dốc bằng đất xi măng 305 3.6.4. Gia cố mái dốc bằng dầm gỗ 305 3.6.5. Sử dụng mái dốc thoải không có gia cố 305 3.7. Thiết kế gia cố nhẹ 306 Chương 4. thấm qua đập đất đá 307 4.1. Tổng quát 307 4.2. Những bài toán thấm ổn định đặc tr•ng trong đập đất 314 4.2.1. Thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm, không có vật thoát nước 314 4.2.2. Thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm, hạ lưu đập có vật thoát nước 318 4.2.3. Thấm qua đập không đồng chất trên nền không thấm 322 4.2.4. Thấm qua đập trên nền thấm nước chiều dày có hạn 331 4.2.5. Thấm qua đập đất có vật chống thấm (VCT) trên nền thấm nước chiều dày có hạn 340 4.3. Thấm không ổn định trong đập đất 346 4.4. ổn định thấm của đất 350 4.4.1. Tổng quát 350 4.4.2. ổn định thấm của đất rời 353 4.4.3. ổn định thấm của đất dính (đất sét) 357 Chương 5. ổn định và biến dạng của đập đất đá 363 5.1. ổn định của mái dốc đập 363
7. Mục lục 11 11 5.1.1. Tổng quát 363 5.1.2. Tính ổn định mái dốc theo mặt trượt hình trụ tròn 365 5.1.3. Tính ổn định mái dốc theo mặt trượt phẳng hoặc theo mặt trượt gồm một số mặt phẳng 374 5.1.4. Tính ổn định mái dốc theo mặt trượt hỗn hợp 375 5.1.5. Tính ổn định mái dốc đập theo trạng thái ứng suất biến dạng 375 5.1.6. Tính ổn định tường nghiêng và lớp bảo vệ 376 5.1.7. Tính ổn định mái dốc hạ lưu theo điều kiện sạt lở do dòng thấm gây ra 378 5.1.8. Đặc điểm tính toán ổn định mái dốc đập đất đá và đập đá đổ 379 5.2. Tính toán áp lực kẽ rỗng 380 5.2.1.Tổng quát 380 5.2.2. Tính áp lực kẽ rỗng theo phương pháp đường cong nén 381 5.2.3. Tính áp lực kẽ rỗng theo lý thuyết thấm cố kết 382 5.3. Tính toán lún ở đập đất đá 385 5.3.1. Tổng quát 385 5.3.2. Tính toán lún của đập hoặc các bộ phận đập cấu tạo bằng đất sét 386 5.3.3. Tính toán lún đối với các bộ phận cấu tạo bằng đất hạt lớn trong đập đất đá và đập đá đổ 387 5.4. Tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của đập đất đá 391 5.5. Tính ổn định đập đất đá có kể đến lực động đất 391 5.5.1. Tổng quát 391 5.5.2. Tác động của môi trường nước đối với ổn định công trình khi có động đất 396 Phụ lục. Tính toán ổn định trượt sâu công trình trên nền đất bằng phần mềm slope/w 399 1. Giới thiệu phần mềm Slope/w 399 2. Xây dựng ví dụ mẫu cho phần mềm Slope/w 401 3. ứng dụng phần mềm Slope/w tính toán ổn định trượt sâu công trình trong điều kiện Việt Nam 407 Tài liệu tham khảo 411
8. 12 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
9. A. Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi Chương 1. Phân loại, phân cấp và các giai đoạn hình thành công trình thủy lợi Chương 2. Chọn tuyến và bố trí công trình Chương 3. Tải trọng và tác động Chương 4. Tính toán thấm qua nền và vòng quanh công trình thủy lợi Chương 5. Một số phương pháp tính toán kết cấu trong thiết kế công trình thủy lợi
10. 14 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
11. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 15 Công trình thủy lợi có nhiều loại với quy mô, tính năng khác nhau, đ•ợc xây dựng để khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên n•ớc phục vụ cho nhiều mục đích - ngành kinh tế hoặc cho một đối t•ợng ngành nào đó. Những yêu cầu chủ yếu về thiết kế công trình thủy lợi (TCXDVN 285:2002), đó là: 1. Khi lập Dự án thủy lợi phải căn cứ vào mục tiêu phát triển kinh tế x∙ hội của từng thời kỳ đ∙ đ•ợc hoạch định trong kế hoạch phát triển quốc gia - vùng l∙nh thổ, kế hoạch phát triển của các ngành và quy hoạch khai thác l•u vực, nhằm đề xuất ph•ơng án khai thác và sử dụng tài nguyên n•ớc một cách hợp lý nhất. 2. Việc lựu chọn hình thức bậc thang, quy mô công trình, hình loại công trình, bố trí tổng thể, các thông số cũng nh• các mực n•ớc tính toán điển hình cần phải đ•ợc quyết định trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa các ph•ơng án có xét tới đầy đủ các yếu tố liên quan nh• địa điểm xây dựng, các điều kiện tự nhiên vùng chịu ảnh h•ởng của dự án, nhu cầu hiện tại và t•ơng lai của các ngành có liên quan đến nguồn n•ớc thuộc l•u vực đang xem xét, sự thay đổi chế độ thủy văn - môi tr•ờng ở th•ợng hạ l•u công trình, những thiệt hại vật chất do ngập úng gây ra. 3. Khi thiết kế công trình thủy lợi phải đạt đ•ợc các yêu cầu về độ bền vững của công trình, thuận lợi và an toàn trong quản lý vận hành, có bố cục kiến trúc hợp lý với cảnh quan xung quanh, sử dụng tối đa vật liệu tại chỗ, biện pháp thi công tối •u, thời gian xây dựng hợp lý, tổ chức đền bù di dân tái định c•, tổ chức dọn lòng hồ và vùng kế cận, bảo vệ những công trình kiến trúc văn hóa lịch sử có giá trị, tận dụng khai thác hoặc bảo vệ các mỏ có ích trong lòng hồ, bảo vệ các vùng đất nông nghiệp có giá trị ở mức cao nhất, đề xuất các biện pháp và ph•ơng tiện đảm bảo an toàn khi thi công và khai thác sau này v.v 4. Khi thiết kế công trình thủy lợi còn phải xét đến các mặt nh• khả năng kết hợp một số chức năng trong một hạng mục công trình, khả năng đ•a vào khai thác từng phần công trình để kịp thời phát huy hiệu quả, cơ cấu lại các công trình hiện có và đề xuất giải pháp cải tạo, khắc phục để chúng phù hợp khi Dự án mới đi vào hoạt dộng, quy chuẩn hóa bố trí thiết bị, kết cấu và ph•ơng pháp thi công xây lắp nhằm đẩy nhanh tiến độ, hạ giá thành , tận dụng cột n•ớc tạo ra để phát điện và cho các mục đích khác.
12. 16 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 5. Đánh giá tác động môi tr•ờng và thiết kế tổng thể các biện pháp bảo vệ trên cơ sở dự báo sự thay đổi của chúng sau khi hình thành hệ thống thủy lợi. 6. Khi thiết kế các công trình thủy lợi chủ yếu cấp I, II và III phải bố trí thiết bị kiểm tra - đo l•ờng để quan trắc sự làm việc của công trình và nền trong suốt quá trình xây dựng và khai thác nhằm đánh giá độ bền vững của công trình, phát hiện kịp thời những h• hỏng, khuyết tật để quyết định biện pháp sửa chữa, phòng ngừa sự cố và cải thiện điều kiện khai thác. Khi có luận chứng thỏa đáng có thể không đặt thiết bị kiểm tra đo l•ờng trong công trình cấp III hoặc đề nghị bố trí thiết bị cho công trình cấp IV. 7. Khi thiết kế các công trình thủy lợi chủ yếu cấp I, II cần tiến hành một số nghiên cứu thực nghiệm để đối chứng, hiệu chỉnh, chính xác hóa các thông số kỹ thuật và tăng thêm độ tin cậy cho đồ án. Đối t•ợng và phạm vi nghiên cứu tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình và đ•ợc đề xuất ngay trong giai đoạn lập Báo cáo nghiên cứu khả thi. Công tác này cũng đ•ợc thực hiện cho hạng mục công trình cấp d•ới khi có luận chứng cần thiết. 8. Khi thiết kế các công trình thủy dạng khối lớn phải tính đến việc phân bố hợp lý vật liệu trong thân công trình phù hợp với trạng thái ứng suất, biến dạng, yêu cầu chống thấm nhằm giảm giá thành mà vẫn đảm bảo đ•ợc các yêu cầu kỹ thuật. 9. Các công trình thủy phải đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định, độ bền, không cho phép nứt hoặc hạn chế độ mở rộng vết nứt, biến dạng của công trình và nền trong mọi điều kiện làm việc. Đồng thời phải thỏa m∙n các yêu cầu giới hạn về tính thấm n•ớc, tác động xâm thực hóa học, cơ học của n•ớc, bùn cát và các vật trôi nổi; tác động xói ngầm trong thân và nền công trình; tác động của sinh vật và thực vật 10. Khi thiết kế sửa chữa, phục hồi, nâng cấp và mở rộng công trình cần đáp ứng thêm những yêu cầu về mục tiêu sửa chữa, phục hồi, nâng cấp hay mở rộng công trình. Trong thời gian cải tạo, nâng cấp công trình về nguyên tắc không đ•ợc gây ra những ảnh h•ởng quá bất lợi cho các hộ đang dùng n•ớc. Cần nghiên cứu sử dụng lại công trình cũ ở mức tối đa. Cần thu thập đầy đủ các tài liệu khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý, quan trắc, sự cố đ∙ xảy ra của công trình cũ, kết hợp với các nghiên cứu khảo sát chuyên ngành để đánh giá đúng chất l•ợng, tình trạng kỹ thuật, trang thiết bị, nền và công trình làm cơ sở cho việc lựa chọn các giải pháp kỹ thuật.
13. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 17 Chương 1 Phân loại, phân cấp và các giai đoạn hình thành công trình thủy lợi Biên soạn: GS. TSKH. Trịnh Trọng Hàn 1.1. Phân loại và phân cấp công trình thủy lợI 1.1.1. Phân loại công trình thủy lợi Tùy theo nhu cầu sử dụng và các yếu tố tự nhiên như chế độ thủy văn nguồn nước, điều kiện địa chất, địa hình, vật liệu xây dựng v.v , công trình thủy lợi gồm nhiều loại khác nhau với qui mô và tính chất rất khác nhau. Dưới đây là sự phân loại công trình thủy theo một số mặt đặc trưng nhất. a. Theo nhiệm vụ và chức năng Công trình thủy lợi được chia thành 4 nhóm chính là: 1. Công trình dâng nước; 2. Công trình lấy nước; 3. Công trình dẫn nước; 4. Công trình tháo nước, xả nước. Công trình dâng nước có chức năng tạo ra sự dâng mực nước ở phía trước nó phục vụ cho các mục tiêu sử dụng khác nhau, ví dụ để dẫn nước tự chảy vào hệ thống tưới, hoặc để tạo cột nước phát điện. Tùy quy mô dâng nước, có thể hình thành hồ chứa điều tiết chế độ dòng chảy tự nhiên của sông suối, hoặc không tạo hồ điều tiết. Công trình lấy nước có nhiệm vụ lấy một lượng nước nhất định từ nguồn nước phục vụ nhu cầu sử dụng của một ngành nào đó như lấy nước tưới, cấp nước sinh hoạt hoặc cấp nước công nghiệp, lấy nước vào trạm thủy điện, v.v Công trình dẫn nước có nhiệm vụ chuyển tải nước từ vị trí này đến vị trí khác. Phạm vi chuyển nước có thể trong một vùng hẹp hoặc giữa các lưu vực hay từ quốc gia này đến quốc gia khác. Công trình tháo nước được sử dụng để tháo nước thừa từ hồ chứa (trường hợp này gọi là công trình xả lũ), để kết hợp tháo bùn cát hoặc tháo cạn hồ chứa. b. Theo phạm vi và mục tiêu sử dụng Về mặt này công trình thủy lợi được chia thành hai nhóm: 1. Công trình chung, cho phép sử dụng cho nhiều ngành, nhiều mục tiêu khác nhau. Các nhóm công trình nêu ở mục a đều là công trình chung.
14. 18 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 2. Công trình chuyên dụng, phục vụ cho một ngành nào đó, ví dụ trạm thủy điện (phục vụ cho mục tiêu phát điện), âu thuyền (phục vụ cho giao thông thủy), hệ thống tưới (phục vụ tưới ruộng), v.v c. Theo thời gian sử dụng Trong trường hợp này công trình thủy lợi được chia thành công trình lâu dài được sử dụng thường xuyên trong suốt quá trình khai thác và công trình tạm thời - chỉ sử dụng trong thời gian thi công hoặc sửa chữa công trình lâu dài, ví dụ đê quây, công trình dẫn dòng thi công, v.v d. Theo mục đích và tầm quan trọng Theo mục đích và tầm quan trọng thì công trình thủy lợi gồm công trình chủ yếu (hay công trình chính) và công trình thứ yếu (hay công trình phụ). Công trình thủy lợi chủ yếu là công trình khi sửa chữa hoặc bị hư hỏng sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hệ thống sử dụng nước, ví dụ giảm công suất hay ngừng hoạt động của nhà máy thủy điện, giảm hay ngừng hoạt động của hệ thống thủy nông tưới tiêu, hệ thống vận tải thủy, v.v Ngoài ra, khi công trình thủy chủ yếu bị sự cố còn có thể gây ra các hậu quả nghiêm trọng như ngập úng đất đai, phá hoại các công trình dân sinh kinh tế khác, đe dọa an toàn tài sản và tính mạng của dân cư vùng hạ du, v.v Ví dụ về công trình thủy chủ yếu là đập, đê ngăn lũ, nhà máy thủy điện, kênh dẫn chính, bể áp lực, âu thuyền, v.v Công trình thủy lợi thứ yếu là công trình khi bị hư hỏng sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các công trình thủy chủ yếu nhưng không gây ra các hậu quả nghiêm trọng. Ví dụ về công trình thủy thứ yếu là các đê hướng dòng, cửa van sửa chữa, cầu công tác không chịu tải trọng của máy nâng chuyển, bến cảng phụ, công trình gia cố bờ, v.v Ngoài ra, còn có thể có những phân loại khác như theo vị trí xây dựng, theo chiều cao công trình hay chiều cao cột nước tác dụng, theo vật liệu xây dựng, kết cấu xây dựng, Sự phân loại chi tiết này thường được áp dụng cho từng công trình trong trường hợp cụ thể. 1.1.2. Phân cấp công trình thủy lợi (gọi tắt là công trình thủy: CTT) Những CTT lâu dài được phân thành cấp dựa theo tầm quan trọng của nó đối với nền kinh tế, có xét đến hậu quả khi chúng ngừng hoạt động hay bị sự cố. Theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285:2002, công trình thủy lợi đầu mối được phân thành 5 cấp dựa vào hai yếu tố chính là năng lực phục vụ (bảng 1-1) và đặc tính kỹ thuật của hạng mục công trình thủy. Nếu công trình thủy lợi chủ yếu ở cụm công trình đầu mối đảm bảo đồng thời cho nhiều ngành kinh tế khác nhau thì cấp của nó được lấy theo chỉ tiêu của hạng mục có cấp cao nhất ghi trong bảng 1-1 hoặc bảng 1-2.
15. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 19 Bảng 1-1. Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ Cấp thiết kế Loại công trình thủy lợi I II III IV V 1. Hệ thống thủy nông có diện tích được tưới hoặc ≥ 50 100 > 70á100 > 25á70 > 10á25 ≤ 10 1. Đập vật liệu đất, đất-đá có chiều cao lớn nhất, m B > 75 > 35á75 > 15á35 > 8á15 ≤ 8 C > 50 > 25á50 > 15á25 > 8á15 ≤ 8 A > 100 > 60á100 > 25á60 > 10á25 ≤ 10 2. Đập bê tông, bê tông cốt thép các loại và các công trình thủy chịu áp khác B > 50 > 25á50 > 10á25 > 5á10 ≤ 5 có chiều cao, m C > 25 > 20á25 > 10á20 > 5á10 ≤ 5 A > 40 > 25á40 > 15á25 > 8á15 ≤ 8 3. Tường chắn có chiều cao, m B > 30 > 20á30 > 12á20 > 5á12 ≤ 5 C > 25 > 18á25 > 10á18 > 4á8 ≤ 4 4. Hồ chứa có dung tích, 106 m3 > 1000 > 200á1000 > 20á200 > 1á20 ≤ 1 Chú chích: 1. Đất nền chia thành 3 nhóm điển hình: Nhóm A - Nền là đá. Nhóm B - Nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng. Nhóm C - Nền là đất sét b∙o hoà nước ở trạng thái dẻo. 2. Chiều cao công trình được tính như sau: - Với đập vật liệu đất, đất - đá: Chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập. - Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác: Chiều cao tính từ đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình.
16. 20 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Phân cấp thiết kế các công trình thứ yếu và công trình tạm thời dựa theo quan hệ của chúng với công trình chủ yếu trong một hệ thống công trình đầu mối (bảng 1-3). Bảng 1-3. Quan hệ cấp thiết kế giữa công trình chủ yếu - công trình thứ yếu - công trình tạm thời trong một công trình đầu mối hoặc hệ thống dẫn Cấp thiết kế của công trình đầu mối I II III IV V hoặc hệ thống dẫn Cấp thiết kế công trình chủ yếu I II III IV V Cấp thiết kế công trình thứ yếu III III IV V V Cấp thiết kế công trình tạm thời IV IV V V V Cấp thiết kế của công trình tạm thời có thể được nâng lên một cấp khi sự hư hỏng của chúng dẫn đến các hậu quả sau: a) Có thể gây ra thảm hoạ cho các khu dân cư, khu công nghiệp tập trung, các tuyến giao thông huyết mạch ở hạ lưu. b) Làm mất an toàn cho công trình lâu dài đang xây dựng. c) Thiệt hại về vật chất gây ra khi sự cố lớn hơn nhiều so với vốn đầu tư thêm cho công trình tạm thời. d) Đẩy lùi thời gian đưa công trình vào khai thác, làm giảm đáng kể hiệu quả đầu tư. Bảng 1-4. Cấp công trình dâng nước (CHuP II-50-74) Chiều cao (m) ứng với cấp Loại công trình dâng n•ớc Loại đất nền I II III IV Nền đá > 100 70 - 100 25 - 70 75 35 - 75 15 - 35 50 25 - 50 15 - 25 100 60 - 100 25 - 60 50 25 - 50 10 - 25 25 20 - 25 10 - 20 < 10 ở trạng thái dẻo Chú thích: 1. Nếu sự cố của công trình dâng nước gây hậu quả có tính tai hoạ cho các thành phố, khu công nghiệp, tuyến giao thông chính, thì cấp của nó được phép nâng lên theo luận chứng tương ứng với qui mô thiệt hại. 2. Nếu sự cố của công trình dâng nước không gây hậu quả có tính tai hoạ cho hạ du, thì cấp của nó lấy ở bảng 1-4 được hạ xuống một cấp.
17. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 21 Lưu ý rằng, nguyên tắc và căn cứ để phân cấp công trình thủy ở các nước trên thế giới là giống nhau, nhưng quy định công trình cấp nào thì có thể khác nhau tuỳ theo đặc điểm và hoàn cảnh của mỗi quốc gia. Ví dụ, theo CHuP II-50-74 của Liên Xô cũ, tất cả các CTT lâu dài được phân thành bốn cấp (xem bảng 1-4). Trong các bảng 1-5 và 1-6 giới thiệu số liệu phân chia cấp CTT theo “Tiêu chuẩn thiết kế và phân cấp công trình thủy lợi - Thủy điện chủ yếu” của Bộ Thủy lợi - Điện lực Trung Quốc, Nhà xuất bản Thủy lợi Điện lực năm 1979. Bảng 1-5. Phân cấp của công trình thủy lợi ở Trung Quốc Cấp công trình lâu dài Cấp công trình Cấp công trình tạm thời Công trình chủ yếu Công trình thứ yếu I 1 3 4 II 2 3 4 III 3 4 5 IV 4 5 5 V 5 5 - Bảng 1-6. Chỉ tiêu phân cấp các công trình thủy lợi thủy điện chủ yếu ở Trung Quốc (SDJ.12-78) Phòng lũ Cấp Tổng dung tích Diện tích Công suất Qui mô Bảo vệ diện công hồ chứa Bảo vệ khu dân cư và tưới tiêu trạm thủy điện công trình 3 tích canh tác trình (triệu m ) khu công nghiệp (vạn mẫu) (vạn KW) (vạn mẫu) Khu CN hầm mỏ, thành I Cỡ lớn 1 > 10 > 500 > 150 > 75 thị đặc biệt quan trọng Khu CN hầm mỏ, thành II Cỡ lớn 2 10 ~ 1 150 - 50 75 - 25 thị quan trọng Khu CN hầm mỏ, thành III Cỡ trung bình 1 ~ 0.1 100 ~ 30 50 ~ 5 25 - 2,5 thị cỡ trung bình Khu CN hầm mỏ, thành IV Cỡ nhỏ 1 0.1 ~ 0.01 < 30 5 ~ 0,5 2,5 - 0,05 thị thông thường V Cỡ nhỏ 2 0.01 ~ 0.001 < 0,5 < 0,05 Ghi chú: 1. Tổng dung lượng hồ chứa là chỉ dung lượng chứa nước tĩnh dưới mực nước lũ tính toán. 2. Chỉ tiêu của 2 hạng mục phòng lũ và tưới tiêu có liên quan là đối với các công trình chủ chốt trong hệ thống tưới tiêu hoặc phòng lũ. 3. Diện tích tưới tiêu là chỉ diện tích tưới tiêu theo thiết kế; 1 mẫu (Trung Quốc) = 667 m2.
18. 22 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 1.1.3. Tiêu chuẩn thiết kế Khi thiết kế CTT, các chỉ tiêu tính toán được xác định căn cứ vào cấp công trình. Dưới dây nêu một số chỉ tiêu chính theo TCXDVN 285:2002. 1. Mức đảm bảo (tần suất tính toán P%) của công trình thủy phục vụ các ngành kinh tế quốc dân được xác định theo bảng 1-7. 2. Tần suất lưu lượng, mực nước lớn để tính toán ổn định kết cấu các công trình thủy lợi lâu dài (chính) trên sông và trên tuyến áp lực của hồ chứa nước, bao gồm các công trình lấy nước, dâng nước, tháo nước, dẫn nước khi chưa có công trình điều tiết nhiều năm ở phía thượng nguồn được xác định theo bảng 1-8. 3. Tần suất lưu lượng lớn nhất để thiết kế lấp dòng xác định theo bảng 1-9. Bảng 1-7. Mức đảm bảo thiết kế của công trình thủy lợi Đối t•ợng Mức bảo đảm (%) phục vụ theo cấp công trình Chú thích của công trình I II III IV V 1. Tưới ruộng 75 75 75 75 75 - Có thể nâng mức đảm bảo tưới lên trên 75% cho những vùng có lượng nước nguồn phong phú, vùng chuyên canh mang lại hiệu quả kinh tế cao khi có luận chứng tin cậy nhưng phải được cơ quan phê duyệt dự án chấp nhận. 2. Tiêu cho nông 80 á 90 - Tần suất bảo đảm của hệ thống tiêu phụ nghiệp thuộc quy mô của hệ thống, dạng công trình (tự chảy hay động lực), khả năng tiếp nhận nước của sông bên ngoài, hiệu quả đầu tư của hệ thống tiêu v.v , do cơ quan thiết kế luận cứ và đề nghị. 3. Phát điện 90 90 85 80 80 - Mức độ giảm sút công suất, điện lượng, a) Hộ độc lập thời gian bị ảnh hưởng trong năm (hoặc mùa) khi xảy ra thiếu nước phụ thuộc vào vị trí đảm nhận của nhà máy thủy điện trong hệ thống năng lượng do chủ đầu tư ấn định và cấp cho cơ quan thiết kế. b) Hộ sử dụng Theo chế độ tưới - Khi nước dùng cho phát điện và tưới trong nước tưới để phát ngày có sự chênh lệch, cần phải làm thêm điện hồ điều tiết ngày đêm để điều tiết lại. 4. Cấp nước a) Không cho phép 95 95 95 95 95 - Lưu lượng cấp tính toán có thể là lưu lượng gián đoạn hoặc giảm lớn nhất, lưu lượng trung bình ngày hoặc yêu cầu cấp nước trung bình tháng v.v do chủ đầu tư ấn định và cấp cho cơ quan thiết kế.
19. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 23 Đối t•ợng Mức bảo đảm (%) phục vụ theo cấp công trình Chú thích của công trình I II III IV V b) Không cho phép 90 90 90 90 90 - Mức độ thiếu nước, thời gian cho phép gián đoạn nhưng gián đoạn cấp nước cần căn cứ vào yêu cầu được phép giảm yêu cụ thể của hộ dùng nước do chủ đầu tư ấn cầu cấp nước định và cấp cho cơ quan thiết kế. c) Cho phép gián 80 80 80 80 80 đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước Chú thích: 1. Mức bảo đảm phục vụ của công trình là số năm làm việc đảm bảo đủ công suất thiết kế (riêng thủy điện là công suất bảo đảm) trong chuỗi 100 năm khai thác liên tục. 2. Việc tăng hoặc hạ mức bảo đảm chỉ được phép khi có luận chứng chắc chắn và do cơ quan phê duyệt dự án quyết định. 3. Khi việc lấy nước (hoặc tiêu nước) gây ảnh hưởng xấu đến những hộ dùng nước hoặc dân sinh, môi trường hiện có, cơ quan lập dự án cần có luận chứng về các ảnh hưởng này, nêu giải pháp khắc phục và làm sáng tỏ tính ưu việt khi có thêm dự án mới để trình lên cơ quan phê duyệt và các ngành chủ quản có các đối tượng bị ảnh hưởng cùng xem xét và quyết định. 4. Công trình đa mục tiêu phải thiết kế sao cho mức đảm bảo của từng mục tiêu phục vụ phù hợp với tiêu chuẩn nêu trong bảng này. Bảng 1-8. Lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra công trình thủy Cấp thiết kế Loại công trình thủy I II III IV V 1. Cụm đầu mối các loại (trừ công trình đầu mối vùng triều); Hệ thống dẫn - thoát nước và các công trình liêu quan không thuộc hệ thống tưới tiêu nông nghiệp; Công trình dẫn - tháo nước qua sông suối của hệ thống tưới tiêu nông nghiệp - Tần suất thiết kế % 0,1á0,2* 0,5 1 1,5 2 (Tương ứng với chu kỳ lặp lại, năm) (1000 á 500) (200) (100) (67) (50) - Tần suất kiểm tra % 0,02á0,04* 0,1 0,2 0,5 (Tương ứng với chu kỳ lặp lại, năm) (5000 á 2500) (1000) (500) (200) 2. Công trình đầu mối vùng triều; Công trình và hệ thống dẫn thoát liên quan trong hệ thống ≥ 300 < 300 á 50 < 50 á 5 < 5 á 0,2 < 0,2 tưới tiêu nông nghiệp (trừ công trình dẫn – tháo nước qua sông suối đã nói ở điểm 1)
20. 24 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Cấp thiết kế Loại công trình thủy I II III IV V - Tần suất thiết kế % 0,2 0,5 1 1,5 2 (Tương ứng với chu kỳ lặp lại, năm) (500) (200) (100) (67) (50) Chú thích: * Tần suất nhỏ áp dụng cho các công trình có dạng lũ phức tạp thường xuất hiện ở miền núi, trung du. Tần suất lớn áp dụng cho các công trình có dạng lũ ổn định thường xuất hiện ở vùng đồng bằng. 1. Lưu lượng, mực nước lớn nhất trong tập hợp thống kê là lưu lượng, mực nước có trị số lớn nhất xuất hiện trong từng năm. Chất lượng của chuỗi thống kê (độ dài, tính đại biểu, thời gian thống kê v.v ) cần phải thoả m∙n các yêu cầu trong các tiêu chuẩn tương ứng. Các số liệu cần được xử lý về cùng một điều kiện trước khi tiến hành tính toán. 2. Nếu ở phía thượng nguồn có những tác động làm thay đổi điều kiện hình thành dòng chảy hoặc có công trình điều tiết thì khi xác định các yếu tố trong điều kiện này, cần phải kể đến khả năng điều chỉnh lại dòng chảy của các công trình đó. 3. Nếu ở phía hạ lưu đ∙ có công trình điều tiết, thì mô hình xả không được phá hoại hoặc vượt quá khả năng điều tiết của công trình đó. 4. Những công trình thủy lợi cấp I có Tiêu chuẩn thiết kế riêng nêu trong Điều 2.12, TCXDVN 285:2002 thì tần suất lũ kiểm tra có thể tính với p = 0,01% hoặc lũ cực hạn khi kết quả tính toán đủ độ tin cậy được ấn định cụ thể trong “Tiêu chuẩn thiết kế”. Bảng 1-9 Cấp công trình Tần suất l•u l•ợng, mực n•ớc lớn nhất để thiết kế chặn dòng (%) I 5 II 5 III 10 IV 10 V 10 Chú thích: 1. Lưu lượng trong tập hợp thống kê tính toán là lưu lượng trung bình ngày có trị số lớn nhất đối với dòng chảy không bị ảnh hưởng triều hoặc lưu lượng trung bình giờ có trị số lớn nhất đối với dòng chảy chịu ảnh hưởng của triều xuất hiện trong thời đoạn dự tính chặn dòng của từng năm thống kê. Thời đoạn dự tính chặn dòng được xác định tùy thuộc vào đặc điểm thủy văn cụ thể và khối lượng công tác nhưng không quá 30 ngày. 2. Căn cứ vào số liệu đo đạc thực tế trong thời gian trước thời điểm ấn định tiến hành chặn dòng (thường tiến hành đo đạc liên tục từ thời điểm kết thúc mùa lũ đến thời điểm ấn hành chặn dòng), cơ quan thi công hiệu chỉnh lại phương án chặn dòng cho phù hợp thực tế của dòng chảy, thời tiết, lịch triều và trình lên chủ đầu tư thông qua.
21. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 25 4. Tần suất lưu lượng, mực nước thấp nhất để tính toán ổn định kết cấu công trình được quy định theo bảng 1-10. Bảng 1-10 Loại Cấp công Tần suất l•u l•ợng, mực n•ớc thấp nhất (%) công trình trình Thiết kế Kiểm tra I ; II ; III ; IV Mực nước tháo cạn thấp nhất để 1. Hồ chứa Mực nước chết và V sửa chữa, nạo vét v.v 2. Công trình trên sông I 99 II 97 III 95 (không quy định) IV 95 V 90 3. Hệ thống thoát nước và I ; II ; III ; IV Mực nước thấp nhất quy Mực nước tháo cạn để sửa chữa, công trình liên quan trong hệ và V định trong khai thác nạo vét v.v thống tưới tiêu Chú thích: 1. Lưu lượng, mực nước thấp nhất dùng trong tập hợp thống kê là lưu lượng, mực nước có trị số bé nhất xuất hiện từng năm. 2. Khi các hộ dùng nước ở hạ lưu yêu cầu phải bảo đảm lưu lượng tối thiểu lớn hơn lưu lượng theo quy định ở bảng 1-10 thì lưu lượng thấp nhất được chọn theo lưu lượng tối thiểu đó. Mực nước thấp nhất tính toán lúc này chính là mực nước ứng với lưu lượng tối thiểu nói ở trên. 3. Khi thiết kế các công trình cấp I, II cần phải xét đến khả năng mực nước này có thể hạ thấp hơn do lòng dẫn hạ lưu bị xói sâu hoặc do ảnh hưởng điều tiết lại của các công trình khác trong bậc thang sẽ được xây dựng tiếp theo. 5. Khi tính toán ổn định, độ bền, ứng suất, biến dạng chung và cục bộ cho các công trình thủy và nền của chúng, phải tiến hành theo phương pháp trạng thái giới hạn (TCXDVN 285:2002). Để đảm bảo kết cấu và của nền công trình thủy trong tính toán cần tuân thủ điều kiện sau: m nc.Ntt ≤ R kn R n.k hoặc K =≥cn Nmtt trong đó: K - hệ số an toàn chung của công trình; bình thường hệ số K không vượt quá 15% giá trị nc.kn/m trừ trường hợp có quy định riêng; nc- hệ số tổ hợp tải trọng,
22. 26 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 * Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất: nc = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản; nc = 0,90 - đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt; nc = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa. * Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai: nc = 1,00; Ntt - tải trọng tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất), biến dạng hoặc thông số khác mà nó là căn cứ để đánh giá trạng thái giới hạn; R - sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc thông số khác được xác lập theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN, TCXD, TCXDVN, TCN); m - hệ số điều kiện làm việc: xét tới loại hình công trình, kết cấu hoặc nền, dạng vật liệu, nhóm trạng thái giới hạn và các yếu tố khác được quy định trong các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế hiện hành cho mỗi loại công trình, kết cấu và nền khác nhau. Hệ số điều kiện của một số công trình thủy điển hình quy định ở phụ lục B (TCXDVN 285:2002); kn - hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình: * Khi tính toán trạng thái giới hạn theo nhóm thứ nhất: kn được xác định theo cấp công trình: Công trình cấp I lấy kn = 1,25; Công trình cấp II lấy kn = 1,20; Công trình cấp III lấy kn = 1,15; * Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai: lấy kn = 1,00. 6. Đối với hồ chứa nước, thời gian dung tích bồi lắng của hồ bị lấp đầy trong điều kiện bình thường không được nhỏ hơn quy định ghi ở bảng 1-11 (TCXDVN 285:2002). Bảng 1-11 Cấp của hồ chứa Thời gian tính toán dung tích bồi lắng bị lấp đầy Cấp V, IV 50 năm Cấp III 75 năm Cấp II và I 100 năm Chú thích: 1. Dung tích bồi lắng của hồ chứa xem như bị lấp đầy khi cao trình bề mặt bùn cát lắng đọng trước tuyến chịu áp đạt bằng cao trình ngưỡng cửa nhận nước chính. 2. Quá trình bồi lắng của hồ chứa cấp I, II cần xác định thông qua tính toán thủy lực hoặc thí nghiệm mô hình. 3. Cá biệt, khi có luận chứng kinh tế - kỹ thuật thoả đáng được phép chọn thời gian dung tích bồi lắng nhỏ hơn quy định ở bảng 1-11. Trong trường hợp này nhất thiết phải có biện pháp hạn chế bùn cát lấp trước cửa nhận nước bằng giải pháp công trình như xây dựng thêm cống xả cát hoặc có biện pháp nạo vét định kỳ. Vị trí, quy mô cống cả cát của hồ chứa cấp I, II được quyết định thông qua thí nghiệm mô hình thủy lực.
23. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 27 7. Một số chỉ dẫn khác như quy định về tần suất và các mực nước lớn nhất, mực nước khai thác thấp nhất ở sông đối với trường hợp tiêu nước, lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ công tác dẫn dòng, có thể xem TCXDVN 285:2002. 1.2. Giai đoạn hình thành và khai thác công trình thủy lợi Toàn bộ quá trình hình thành và sử dụng (khai thác) công trình thủy (CTT) gồm 4 giai đoạn lớn: 1. Quy hoạch xác định hệ thống các CTT; 2. Lập dự án CTT; 3. Thực hiện dự án xây dựng CTT; 4. Quản lý vận hành và bảo trì CTT. 1.2.1. Giai đoạn quy hoạch xác định hệ thống các CTT Về tổng quát quy hoạch để xác định các CTT có hai loại: Quy hoạch tổng thể và quy hoạch chi tiết. Quy hoạch tổng thể là quy hoạch chung nhằm nghiên cứu đánh giá toàn diện về nguồn nước, trên cơ sở đó xác định hệ thống các biện pháp và CTT cần được áp dụng để khai thác tổng hợp tiềm năng của nguồn nước, bao gồm cả các giải pháp khắc phục hoặc hạn chế những diễn biến bất lợi do hoạt động của nguồn nước gây ra phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế x∙ hội của quốc gia. Quy hoạch tổng thể là quy hoạch đa mục tiêu, phục vụ cho nhiều đối tượng - ngành, ví dụ Quy hoạch sông Hồng có nhiệm vụ khai thác tổng hợp tiềm năng nguồn nước của hệ thống sông Hồng phục vụ cho mục đích cấp nước (cho công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt ), phát điện (lợi dụng tiềm năng thủy điện của các sông suối ), giao thông thủy, thủy sản đồng thời còn có nhiệm vụ khắc phục các hiện tượng bất lợi khác như phòng tránh lũ lụt, hạn chế xâm nhập mặn, hạn chế xói mòn v.v Quy hoạch chi tiết gồm quy hoạch theo lĩnh vực ngành như tưới, tiêu thoát nước, thủy điện, phòng tránh lũ lụt và quy hoạch theo phạm vi từng phân vùng của nguồn nước như quy hoạch trong phạm vi một nhánh sông, một đoạn sông v.v Nhiệm vụ quy hoạch phải đánh giá đầy đủ tiềm năng và tính chất của nguồn nước, từ đó xác định khả năng xây dựng các CTT, quy mô loại hình và trình tự xây dựng CTT (đối với bậc thang các CTT trên hệ thống sông) để thực hiện mục tiêu ở trên. Nội dung quy hoạch gồm 2 bước: a) Khảo sát thu thập các tài liệu tự nhiên của vùng quy hoạch như tài liệu địa hình, địa chất, thủy văn, khí tượng, vật liệu xây dựng, khoáng sản, tài liệu dân sinh kinh tế, x∙ hội, môi trường, tài liệu về các công trình hiện có, tình hình khai thác sử dụng nguồn nước v.v
24. 28 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 b) Tổng hợp tài liệu khảo sát, xây dựng các phương án khai thác, các phương án CTT, phân tích so sánh lựu chọn phương án hợp lý, khả thi, xác định sơ bộ các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật của phương án lựa chọn. Khảo sát trong giai đoạn quy hoạch là khảo sát tổng thể, quy mô rộng trên phạm vi vùng quy hoạch, còn khảo sát trong giai đoạn thiết kế là khảo sát chi tiết và bổ sung trong phạm vi vùng dự kiến xây dựng CTT. Nói chung công tác khảo sát bao gồm cả phần khảo sát và nghiên cứu, phân tích những tài liệu khảo sát, điều tra, thu thập được. - Khối lượng công tác khảo sát được quy định phụ thuộc vào giai đoạn thiết kế CTT (xem 14 TCN 116-1999 và 14 TCN 115-2000). - Sản phẩm của quy hoạch là báo cáo quy hoạch cùng với các tài liệu khảo sát nghiên cứu phù hợp với yêu cầu của giai đoạn quy hoạch. Nội dung chủ yếu của báo cáo quy hoạch cần phản ánh được các vấn đề sau: a) Tình hình cơ bản của dòng sông hoặc đoạn sông, các điều kiện tự nhiên, địa lý, khí hậu, thủy văn, địa hình, địa chất, khoáng sản, tài nguyên đất đai, thực vật, vật liệu xây dựng b) Tình hình dân sinh, kinh tế - x∙ hội của khu vực trong quy hoạch, kế hoạch phát triển trước mắt và trong tương lai, nhu cầu khai thác tài nguyên nước; c) Các phương án quy hoạch sử dụng nguồn nước, phân tích lựa chọn phương án bậc thang CTT; d) Các phương án CTT, sơ bộ xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chính và phương án lựa chọn thứ tự CTT ưu tiên xây dựng theo thời gian. 1.2.2. Giai đoạn lập dự án CTT Đây là giai đoạn chuẩn bị đầu tư xây dựng CTT. Mục tiêu, nhiệm vụ của giai đoạn này là nghiên cứu luận chứng về sự cần thiết phải đầu tư để hình thành CTT và quy mô đầu tư cho xây dựng CTT. Dự án được thực hiện gồm 2 bước với sản phẩm tương ứng là Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi (BCNCTKT) và Báo cáo nghiên cứu khả thi (BCNCKT). Đối với các dự án nhóm A đ∙ có trong quy hoạch được duyệt hoặc đ∙ có văn bản quyết định chủ trương đầu tư của cấp có thẩm quyền (Điểm 2 Điều 22 Quy chế quản lý đầu tư và xây dựng) thì không phải lập BCNCTKT mà lập ngay BCNCKT. Thành phần BCNCTKT bao gồm: 1. Điều tra, khảo sát, thu thập những căn cứ để xác định sơ bộ sự cần thiết phải đầu tư, các điều kiện thuận lợi và khó khăn khi lập và thực hiện dự án. 2. Thu thập, nghiên cứu và giới thiệu tóm tắt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế x∙ hội, Quy hoạch lưu vực sông và các Quy hoạch phát triển ngành có liên quan đến dự án đầu tư.
25. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 29 3. Nghiên cứu và lập BCNCTKT. 4. Lập hồ sơ BCNCTKT. Nội dung chủ yếu của BCNCTKT là nghiên cứu về sự cần thiết phải đầu tư, các điều kiện thuận lợi và khó khăn; dự kiến quy mô đầu tư, hình thức đầu tư; chọn khu vực địa điểm xây dựng và dự kiến nhu cầu diện tích sử dụng đất; phân tích lựa chọn sơ bộ về công nghệ, kỹ thuật và các điều kiện cung cấp thiết bị, nguyên liệu, năng lượng, dịch vụ, hạ tầng; phân tích lựa chọn sơ bộ các phương án xây dựng; xác định sơ bộ tổng mức đầu tư, phương án huy động vốn, khả năng hoàn vốn và trả nợ, thu l∙i; tính toán sơ bộ hiệu quả đầu tư về mặt kinh tế x∙ hội, xác định tính độc lập khi vận hành, khai thác của các dự án thành phần hoặc tiểu dự án nếu có. Thành phần hồ sơ BCNCTKT gồm: 1. Báo cáo tóm tắt (trình bày những nội dung chủ yếu của BCNCTKT ); 2. Báo cáo chính (nêu đầy đủ các luận cứ, các phương án, các vấn đề có liên quan và kết quả chính của BCNCTKT); 3. Các báo cáo chuyên ngành (như Báo cáo địa chất công trình, khí tượng thủy văn, tài nguyên nước, Báo cáo thủy lực, Báo cáo đánh giá sơ bộ tác động môi trường, Báo cáo giải phóng mặt bằng, đền bù di dân và tái định cư). Thành phần BCNCKT bao gồm: 1. Điều tra, khảo sát, thu thập những căn cứ để xác định sự cần thiết phải đầu tư, điều kiện thuận lợi và khó khăn trong việc lập và thực hiện dự án. 2. Thu thập, nghiên cứu và giới thiệu tóm tắt các loại quy hoạch hoặc phương hướng quy hoạch có liên quan đến việc lập dự án. 3. Nghiên cứu và lập BCNCKT. 4. Lập hồ sơ BCNCKT. Nội dung chủ yếu của BCNCKT là xây dựng những căn cứ để xác định sự cần thiết phải đầu tư; lựa chọn hình thức đầu tư; các phương án địa điểm cụ thể hoặc vùng địa điểm, tuyến CTT; phương án giải phóng mặt bằng, kế hoạch tái định cư; phân tích lựa chọn phương án kỹ thuật, công nghệ; các phương án kiến trúc, giải pháp xây dựng; thiết kế sơ bộ của các phương án đề nghị lựa chọn, giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường; xác định rõ nguồn vốn, khả năng tài chính, tổng mức đầu tư và nhu cầu vốn theo tiến độ, phương án hoàn trả vốn đầu tư; phương án quản lý khai thác CTT; phân tích hiệu quả đầu tư, các mốc thời gian chính thực hiện đầu tư, kiến nghị hình thức quản lý thực hiện dự án, xác định chủ đầu tư; mối quan hệ và trách nhiệm của các cơ quan liên quan đến dự án. Thành phần hồ sơ BCNCKT được quy định như sau (14TCN 118-2002): 1. Đối với các dự án từ cấp III trở xuống: a) Những dự án có kỹ thuật đơn giản, gồm Báo cáo tóm tắt và Báo cáo chính. b) Những dự án có những chuyên ngành phức tạp, gồm Báo cáo tóm tắt, Báo cáo chính và các Báo cáo chuyên ngành phức tạp tương ứng.
26. 30 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 2. Đối với các dự án từ cấp II trở lên, gồm Báo cáo tóm tắt, Báo cáo chính và các Báo cáo chuyên ngành quan trọng (như Báo cáo địa hình, địa chất công trình, khí tượng thủy văn, tài nguyên nước, thủy lực hệ thống sông ngòi, Báo cáo công trình thủy lợi, thiết bị cơ khí thủy lực, thiết bị điện, Báo cáo đánh giá tác động môi trường, Báo cáo tính toán hiệu quả đầu tư, Báo cáo giải phóng mặt bằng, đền bù, di dân tái định cư, Báo cáo tổng mức đầu tư). 1.2.3. Giai đoạn thực hiện dự án xây dựng CTT Giai đoạn này bao gồm 2 nội dung (hai bước) là Thiết kế và Tổ chức xây dựng CTT. a) Thiết kế CTT Tài liệu hợp pháp để thiết kế là những tài liệu về thăm dò, khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn, khí tượng và các tài liệu khác do tổ chức có tư cách pháp lý về các lĩnh vực nêu trên cung cấp. Sau khi dự án có quyết định đầu tư và xác định được nhà cung cấp thiết bị, cung cấp thiết kế công nghệ, việc thiết kế xây dựng CTT thực hiện theo các quy định sau đây (Nghị định 52/1999): - Đối với công trình có yêu cầu kỹ thuật cao, địa chất phức tạp, thì phải thực hiện thiết kế kỹ thuật (thiết kế triển khai) trước khi thiết kế bản vẽ thi công (thiết kế chi tiết). - Đối với công trình kỹ thuật đơn giản hoặc đ∙ có thiết kế mẫu, xử lý nền móng không phức tạp thì thực hiện bước thiết kế kỹ thuật-thi công. Tổ chức thiết kế phải lập tổng dự toán của thiết kế kỹ thuật hoặc thiết kế kỹ thuật- thi công. Tổng dự toán không được lớn hơn tổng mức đầu tư đ∙ duyệt; nếu lớn hơn thì tổ chức thiết kế phải thiết kế tính toán lại cho phù hợp. Thành phần, nội dung Thiết kế kỹ thuật - Tổng dự toán bao gồm (14 TCN 119 - 2002): 1. Điều tra, khảo sát, thu thập các tài liệu. 2. Nghiên cứu, tính toán, lập thiết kế. 3. Lập hồ sơ. Tài liệu điều tra, khảo sát trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật là những tài liệu bổ sung và chi tiết hóa về địa hình, địa mạo; địa chất công trình, địa chất thủy văn, động đất và hoạt động địa chấn hiện đại; khí tượng thủy văn công trình, thủy lực mạng lưới sông suối, kênh rạch; dân sinh kinh tế x∙ hội có liên quan tại khu vực xây dựng công trình và khu vực di dân tái định cư; hiện trạng môi trường sinh thái Trong tính toán thiết kế các hạng mục công trình ngoài các căn cứ để thiết kế cần thực hiện những nội dung sau: - Chọn vị trí, hình thức bố trí công trình, quy mô, kích thước các hạng mục công trình.
27. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 31 - Xác định các giải pháp kiến trúc. - Tính toán kết cấu các công trình và cấu kiện công trình chính của phương án chọn. - Thiết kế cơ khí. - Thiết kế điện. - Thiết kế các giải pháp xây dựng (như dẫn dòng thi công, quy hoạch khai thác vật liệu tại chỗ, biện pháp thi công các hạng mục công tác chính và các công việc đặc biệt khác, vận chuyển trong quá trình thi công ). - Thiết kế tổ chức thi công (lập tổng tiến độ thi công, tổng mặt bằng thi công, biện pháp bảo vệ môi trường và an toàn trong xây dựng). - Đánh giá tác động môi trường (TĐMT) và các biện pháp hạn chế TĐMT. - Thiết kế bố trí mạng lưới đo đạc, quan trắc, thông tin liên lạc - Lập tổng dự toán, tổng hợp phân tích kết quả tính toán. Thành phần hồ sơ Thiết kế kỹ thuật - Tổng dự toán bao gồm: 1. Báo cáo tóm tắt. 2. Báo cáo chính. 3. Tập bản vẽ. 4. Các báo cáo chuyên ngành (như Báo cáo địa chất, địa hình, khí tượng thủy văn, thủy lực sông ngòi, Báo cáo thủy năng thủy lợi, Báo cáo thí nghiệm mô hình, Báo cáo thiết kế công trình, thiết kế cơ khí, thiết kế điện, thiết kế tổ chức và biện pháp xây dựng, Báo cáo tổng dự toán, Báo cáo quy trình kỹ thuật vận hành, bảo trì công trình). Thành phần, nội dung thiết kế bản vẽ thi công gồm: 1. Điều tra, khảo sát, thu thập bổ sung tài liệu tự nhiên và kinh tế x∙ hội liên quan. 2. Nghiên cứu, tính toán, lập thiết kế. 3. Lập hồ sơ. Thành phần hồ sơ Thiết kế bản vẽ thi công gồm: 1. Tập bản vẽ (về địa chất công trình, hiện trạng công trình, bản vẽ thiết kế công trình, bản vẽ kiến trúc, thiết kế cơ khí, điện, bản vẽ thiết kế xây dựng). 2. Các tập dự toán. 3. Chỉ dẫn kỹ thuật thi công, trong đó nêu các biện pháp chủ yếu về kỹ thuật xây dựng các hạng mục, kết cấu chủ yếu, phức tạp của công trình; trình tự và kỹ thuật thực hiện các công tác xây dựng chính có khối lượng lớn, phức tạp; yêu cầu kỹ thuật công tác lắp đặt các thiết bị trong dây chuyền công nghệ của công trình; các yêu cầu bảo vệ môi trường và an toàn trong quá trình xây dựng. b) Tổ chức xây dựng CTT Tổ chức xây dựng CTT là khâu rất quan trọng, quyết định chất lượng và độ bền vững của CTT trong quản lý vận hành sau này.
28. 32 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Để đảm bảo chất lượng công trình cần tổ chức thực hiện việc giám sát chất lượng thi công, kiểm tra các công tác thi công đất, bê tông, xây lắp, đo đạc địa hình, v.v Chủ đầu tư chịu trách nhiệm quản lý chất lượng công trình xây dựng ngay từ giai đoạn chuẩn bị đầu tư, thực hiện đầu tư cho đến khi kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng. Sau khi thi công xong những khối lượng công trình khuất, những bộ phận công trình đặc thù (ví dụ phần đập dâng ở dưới mực nước, phần đập đến cao trình chống lũ đợt I, đợt II, ), hoặc một hạng mục công trình nào đó (ví dụ đập dâng, đập tràn xả lũ, cửa nhận nước vào nhà máy thủy điện ) sẽ tiến hành việc nghiệm thu bộ phận hay hạng mục công trình tương ứng. Công tác nghiệm thu từng phần và toàn bộ công trình xây dựng do chủ đầu tư tổ chức thực hiện với sự tham gia của các tổ chức tư vấn, thiết kế, xây lắp, cung ứng thiết bị (nếu có) và cơ quan giám định chất lượng theo quy định. Trong trường hợp gặp vấn đề kỹ thuật phức tạp có thể tiến hành nghiên cứu thí nghiệm bổ sung để xác định giải pháp kết cấu hoặc thi công sao cho chất lượng và hiệu quả thi công tốt nhất, đảm bảo sự làm việc tin cậy của công trình cũng như hiệu quả về kinh tế kỹ thuật nói chung. Những hiệu chỉnh bổ sung trong thi công phải được thống nhất giữa cơ quan thiết kế và cơ quan thực hiện thi công CTT. Để rút kinh nghiệm góp phần nâng cao chất lượng thi công các CTT sau này, những vấn đề xử lý kỹ thuật phức tạp trong thi công cần được tổng kết biên soạn thành những tài liệu chuyên đề. 1.2.4. Giai đoạn quản lý vận hành và bảo trì CTT Công trình thủy sau khi xây dựng và nghiệm thu sẽ được bàn giao cho cơ quan quản lý vận hành CTT. Sau khi bàn giao công trình, chủ đầu tư có trách nhiệm khai thác, sử dụng năng lực công trình, đồng bộ hóa tổ chức sản xuất, kinh doanh dịch vụ, hoàn thiện tổ chức và phương pháp quản lý nhằm phát huy đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật đ∙ được đề ra trong dự án. Chủ đầu tư hoặc tổ chức được giao quản lý sử dụng công trình có trách nhiệm thực hiện bảo trì công trình. Nội dung vận hành CTT là: - Xác định Quy trình kỹ thuật vận hành cho công trình theo từng giai đoạn như trong giai đoạn thi công (trường hợp hạng mục công trình được đưa vào khai thác sớm), giai đoạn tích nước những năm đầu và giai đoạn sau khi hoàn thành công trình. - Xác định biện pháp quản lý, phân phối điện, nước và thu phí điện, nước, - Lập Quy trình kỹ thuật vận hành công trình và các hạng mục công trình chính.
29. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 33 Nội dung bảo trì công trình bao gồm: a) Xác đình đối tượng bảo trì gồm 2 loại: công trình xây dựng và trang thiết bị. b) Xác định yêu cầu bảo trì đối với từng đối tượng bảo trì: - Quy định chu kỳ, thời gian bảo trì theo từng cấp bảo trì (duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ, vừa và lớn) cho từng đối tượng. - Nội dung, yêu cầu kỹ thuật bảo trì ứng với cấp bảo trì của từng đối tượng. Ngoài các nội dung vận hành và bảo trì công trình nêu ở trên cần tổ chức quan trắc đo đạc phục vụ vận hành và bảo trì công trình với nội dung: Lập quy trình đo đạc, quan trắc, tập hợp, xử lý, lưu trữ tài liệu quan trắc các yếu tố như lún, ứng sức, chuyển vị và biến dạng, thấm ở nền và thân công trình, nhiệt ở nền và thân công trình, các yếu tố chuyên ngành khác (địa chấn, sạt trượt mái nếu có yêu cầu). Ngoài ra, cần tiến hành các nghiên cứu để nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác CTT cùng với các thiết bị máy móc lắp đặt, hoàn thiện chất lượng, độ bền vững và tuổi thọ của CTT, kể cả vấn đề nâng cao năng lực của công trình (như khả năng tăng chiều cao đập để tăng công suất nhà máy thủy điện ) hay cải thiện chất lượng môi trường CTT nói riêng và môi trường sinh thái nói chung.
30. 34 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Chương 2 chọn tuyến và bố trí công trình Biên soạn: TS. Nguyễn Đình Tranh 2.1. Tuyến công trình đầu mối thủy lợi 2.1.1. Các khái niệm về tuyến a) Vùng tuyến Trong giai đoạn quy hoạch bậc thang các công trình thủy lợi - thủy điện trên một dòng sông, có khi còn gọi là sơ đồ sử dụng tổng hợp dòng sông hay thuyết minh tổng quan về sử dụng tổng hợp sông, cần xác định vùng tuyến công trình. Vùng tuyến công trình bao gồm một đoạn sông tương đối dài, trong đó có thể chọn một số tuyến đại diện. Do trong bước nghiên cứu tính toán này chưa có những tài liệu khảo sát các điều kiện tự nhiên và x∙ hội chi tiết, thường dùng các bản đồ có tỷ lệ nhỏ nên việc chỉ cần xác định vùng tuyến cũng là phù hợp. Hơn nữa yêu cầu về mức độ chi tiết của các kết cấu, kích thước công trình chưa thật cụ thể, chuẩn xác nên việc xác định vùng tuyến trên một đoạn sông tương đối hợp lý, tiêu biểu cho cả một vùng cũng là bảo đảm được cơ sở để tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cần so sánh. b) Đoạn tuyến Sang bước lập nghiên cứu Tiền khả thi, nghiên cứu Khả thi, cần phải đi sâu nghiên cứu tính toán ở mức chi tiết hơn, tài liệu khảo sát về địa hình, địa chất, thủy văn, môi trường, x∙ hội cụ thể, đầy đủ hơn, nên từ vùng tuyến cần xác định đoạn tuyến đại diện trong vùng tuyến đó. Đoạn tuyến thường trải dài trên một khúc sông, trong đó có một số tuyến đại diện. Do khúc sông thường có điều kiện thiên nhiên tương đối giống nhau nên các tuyến cũng không khác nhau nhiều. Tuy nhiên việc chọn đoạn tuyến hợp lý trong các đoạn tuyến của vùng tuyến cũng là một yêu cầu cần đạt để bảo đảm việc xác định các thông số kinh tế kỹ thuật của công trình được tương đối chuẩn xác, qua các bước thiết kế sau sẽ không bị thay đổi nhiều, thậm chí làm ảnh hưởng đến chủ trương đầu tư, tiến độ chuẩn bị và xây dựng công trình. c) Tuyến Tuyến công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện thường là tuyến đập ngăn sông vì đập là công trình chủ yếu tạo tuyến áp lực, đồng thời tạo hồ chứa với các quy mô khác nhau, mức độ điều tiết khác nhau dòng chảy của sông.
31. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 35 Tuyến công trình được xác định chủ yếu trong bước lập nghiên cứu Khả thi (hay luận chứng kinh tế kỹ thuật) và được hiệu chỉnh cụ thể trong bước thiết kế cơ sở hay thiết kế kỹ thuật vì trong bước này cần thu thập đầy đủ điều kiện thiên nhiên và x∙ hội, đặc biệt có khảo sát thăm dò điều kiện địa chất công trình chi tiết, các chỉ tiêu cơ lý của nền móng, vai đập, vật liệu xây dựng Tuyến công trình ở các loại công trình thủy điện kiểu lòng sông, kiểu sau đập, kiểu đường dẫn do bố trí công trình khác nhau (sẽ được trình bày chi tiết ở các phần sau) nên có yêu cầu khác nhau. Tuy nhiên do đập chính ngăn sông thường là công trình chủ yếu nên cũng có thể hiểu tuyến đập, đồng thời cũng là tuyến của công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện. Tuyến được chọn trong các tuyến của đoạn tuyến có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thuận lợi hơn cả. Thường tuyến được chọn cũng là tuyến tiêu biểu của vùng tuyến và đoạn tuyến. Nếu làm được như vậy thì tiết kiệm được chi phí và thời gian cho việc chọn tuyến, một nội dung quan trọng trong quá trình lập dự án của công trình. d) Tim tuyến Tim tuyến hay trục tuyến cũng thường là tim đập (trục đập). Đó là đường thẳng (thông thường) ở giữa đỉnh đập. Tuỳ theo loại đập mà có các hình thức tim đập khác nhau. Nếu không thẳng thì có tim, trục từng đoạn đập do thiết kế chi tiết xác định. Tim, trục đập được hiệu chỉnh cuối cùng trong giai đoạn lập bản vẽ thi công. Đối với các công trình thủy lợi có thành phần công trình đầu mối với đập chính ngăn sông tạo hồ chứa, thì những "định nghĩa" về tuyến như đ∙ trình bày. Đối với các công trình thủy lợi như cống, trạm bơm, kênh thì tuyến công trình thường là tim công trình, được xác định qua tính toán kinh tế kỹ thuật của từng giai đoạn thiết kế. Với những công trình đầu mối có công trình phụ như đập phụ, tràn sự cố thì có tuyến riêng của nó như tuyến (tim) đập phụ, tuyến (tim) tràn sự cố cũng do qua so sánh kinh tế kỹ thuật mà chọn, vì thường những công trình này cũng có chi phí đầu tư không nhỏ. 2.1.2. Tuyến ở mỗi loại bố trí công trình a) Công trình thủy điện kiểu lòng sông Công trình thủy điện kiểu lòng sông là loại thủy điện cột nước thấp mà đập, nhà máy thủy điện, tràn xả lũ thường nằm trên một tuyến. Đó cũng chính là tuyến công trình đầu mối. Tuyến công trình thủy điện kiểu lòng sông do nghiên cứu tính toán trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật một số phương án tuyến công trình để chọn. Thường điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn (kể cả cho các công trình dẫn dòng thi công kết hợp trong bố trí công trình chung) có ảnh hưởng trực tiếp đến việc chọn tuyến và bố trí công trình đầu mối.
32. 36 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Hiện ở Việt Nam có công trình thủy điện kiểu lòng sông mà cột nước hoàn toàn do tuyến áp lực tạo thành bao gồm nhà máy thủy điện, tràn xả lũ, đập chính ngăn sông bằng đất đá tạo nên là công trình thủy điện Thác Bà. Công trình thủy điện Đrâyhlinh ở Đắk Lắk mới nhìn có thể liệt vào loại công trình kiểu lòng sông. Thực chất đây là công trình kiểu "đường dẫn" vì đập chính ngăn sông cũng là đập tràn Đrâyhlinh thấp so với cột nước tạo ra ở nhà máy thủy điện (chủ yếu do tận dụng thác thiên nhiên "Đrâyhlinh"). ở đây tuyến nhận nước vào nhà máy thủy điện (gọi là tuyến năng lượng) và đập tràn trên một đường thẳng cũng là tuyến công trình đầu mối Đrâyhlinh. b) Công trình thủy điện kiểu sau đập Công trình thủy điện kiểu sau đập (theo đập, kèm đập) là loại công trình thủy điện mà cột nước chủ yếu do đập tạo nên. Đập chắn ngang sông ở đây vừa tạo nên cột nước làm việc của thủy điện vừa tạo hồ chứa điều tiết dòng chảy. Trong công trình đầu mối của thủy điện kiểu sau đập, thường đập là công trình chủ yếu tạo tuyến áp lực nên tuyến đập cũng đồng thời là tuyến công trình. Trong tổ hợp hạng mục công trình tuỳ theo loại đập chính là đập bê tông, đập đất đá hay loại đập khác mà có những công trình xả lũ, công trình của tuyến năng lượng tương ứng. Trường hợp đập chính ngăn sông là đập đất đá như ở công trình thủy điện Hoà Bình thì đập tràn xả lũ vận hành, dưới nó là công trình xả lũ sâu nằm bên cạnh đập. Tuyến năng lượng tách ra ở bên bờ trái với hệ thống cửa nhận nước, đường hầm dẫn nước vào gian máy thủy điện ngầm, đường hầm dẫn nước ra, kênh dẫn ra. Như vậy hệ thống năng lượng khá dài tạo thành tuyến gồm 8 trục tuyến riêng của mỗi tổ máy. ở đây hầm dẫn ra có hợp nhất 2 tổ (từ tổ máy 3 đến 8) làm một và có kênh dẫn ra chung của cả 6 tổ máy. Còn tổ máy 1 và 2 có hệ thống dẫn ra riêng do tận dụng hai hầm dẫn dòng thi công ở đoạn cuối. Các công trình thủy lợi do đập tạo hồ chứa cũng có thể xếp vào loại công trình này và thường tuyến đập chính ngăn sông cũng là tuyến của công trình đầu mối. Ngoài ra còn có tuyến công trình xả lũ, tuyến công trình lấy nước c) Công trình thủy điện kiểu đường dẫn Công trình thủy điện kiểu đường dẫn là loại công trình thủy điện mà cột nước chủ yếu do hệ thống đường dẫn nước tạo ra. Hệ thống này thường gồm có cửa nhận nước, đường dẫn nước, ống áp lực, nhà máy thủy điện, kênh dẫn ra. Tuỳ theo đường dẫn nước và ống áp lực dài hay ngắn, có áp lực hay không (đối với đường dẫn nước) mà có thêm bể áp lực hoặc giếng (tháp) điều áp. Tuy nhiên do loại công trình này thường có cột nước cao nên có hồ điều tiết dòng chảy càng sâu càng tốt để tận dụng thế năng của hệ thống năng lượng. Do đó ở đây có tuyến đập tạo hồ chứa và tràn xả lũ, còn tuyến năng lượng thường nằm riêng và có chiều dài khá lớn. Đa số các công trình thủy điện tương đối lớn ở nước ta thuộc loại này.
33. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 37 Trước ngày thống nhất đất nước ở miền Nam có công trình thủy điện Đa Nhim thuộc kiểu này. Từ sau 1975 đến nay đ∙ hoàn thành nhiều công trình kiểu này như Trị An, Vĩnh Sơn, Sông Hinh, Thác Mơ, Hàm Thuận, Đa Mi, Yaly. 2.1.3. Tuyến đập a) Đập Là công trình ngăn sông, suối tạo hồ chứa hoặc dâng nước để có thể dẫn nước một cách thuận lợi từ cửa lấy nước (cửa nhận nước) vào hệ thống thủy lợi hoặc hệ thống năng lượng. Tùy theo kết cấu và vật liệu, đập có các loại: - Đập đất - Đập đất đá - Đập bê tông trọng lực - Đập vòm - Đập trụ chống, đập liên vòm - Các loại đập khác. Đập thường là công trình chủ yếu tạo tuyến áp lực, có chi phí tương đối lớn nên việc chọn tuyến đập có ý nghĩa quan trọng trong suốt quá trình nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu, thông số cơ bản của công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện. Do trong công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện ngoài đập chính còn có công trình xả lũ, công trình lấy nước, các công trình khác phụ thuộc khá nhiều vào kiểu loại công trình thủy lợi, thủy điện và kết cấu đập nên tuyến và bố trí công trình có khác nhau. Như với loại đập đất, đập đất đá hỗn hợp thì khó có thể cho tràn qua đỉnh đập nên công trình tháo lũ thường phải bố trí tách riêng (bên bờ hay một "eo" núi). Công trình nhận nước đối với loại đập vật liệu tại chỗ (vật liệu địa phương) cũng thường được bố trí tách riêng. Đối với đập tương đối thấp, có thể bố trí cống lấy nước trong thân đập. Dù là loại công trình nào và kết cấu đập như thế nào thì đập thường vẫn là công trình chủ yếu. Xét về mặt an toàn của hệ thống đầu mối và đặc biệt đối với hạ lưu đập, thì việc chọn tuyến chẳng những có ý nghĩa về mặt kinh tế - kỹ thuật mà còn có ý nghĩa về mặt x∙ hội, thậm chí đối với các đập cao, hồ chứa lớn còn có tầm an toàn quốc gia, vì nếu có sự cố đập sẽ gây thảm hoạ về người và của trong phạm vi rộng lớn. b) Đập đất Là loại đập bằng đất. Chọn tuyến đập chẳng những phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, bố trí công trình xả lũ, bố trí cửa nhận nước mà còn phải chú ý đến điều kiện có sẵn vật liệu xây dựng, nhất là đất đắp đập. ở đây đòi hỏi chẳng những cự ly vận chuyển đất gần mà chủ yếu là chất lượng, các đặc tính của đất phải bảo đảm yêu cầu đắp đập về mặt chống thấm, chống xói ngầm, chống sạt lở, chống l∙o hoá cũng như bảo đảm giá thành đắp đập hợp lý.
34. 38 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Cần nói rằng đại đa số các đập của công trình thủy lợi nước ta là loại đập bằng đất đồng chất, đến nay qua bao chục năm làm việc khá tốt, ổn định. Chính loại đập đất đồng chất được áp dụng từ lâu và làm việc khá bền vững theo thời gian. Nói chung khi chọn tuyến thường chọn những chỗ có thung lũng sông hẹp, nền móng là đá gốc, có điều kiện bố trí công trình xả lũ và cống lấy nước thích hợp. Vấn đề cơ bản ở đây là yêu cầu bảo đảm số lượng và chất lượng đất thích hợp cũng như thiết kế các kết cấu "lọc ngược", thoát nước hợp lý. c) Đập đất đá Là loại đập có kết cấu chống thấm bằng lõi giữa hoặc tường nghiêng có vật liệu "mềm" là loại đất ít thấm nước hoặc cứng như bê tông cốt thép, gỗ, tấm kim loại Có thể nói đây là loại đập chủ yếu bằng vật liệu địa phương với chiều cao khá lớn. Những đập cao nhất thế giới nói chung chính là loại đập này như Nurếch, Rôgun (trên sông Vắc Sơ, Kiếc Ghi Di). Đập Hòa Bình là đập cao nhất thế giới trên nền mềm (128 m). Qua đó thấy khả năng xây dựng đập đất đá trong những phạm vi rộng r∙i, kể cả những điều kiện khắc nghiệt về nền móng, về dẫn dòng thi công. Đập đất đá có thể nằm trong công trình đầu mối với thủy điện kiểu lòng sông (Thác Bà), thủy điện kiểu sau đập (Hoà Bình) hay thủy điện kiểu đường dẫn (Yaly). Trong trường hợp đầu tuyến đập thường cũng là tuyến của công trình đầu mối. Trong hai trường hợp sau thì tuyến đập và tuyến năng lượng thường tách riêng, tuy nhiên cũng có thể gọi tuyến đập là tuyến chung của công trình đấu mối, như công trình thủy điện Đa Nhim lấy tên sông có đập chứ không lấy tên của sông là nơi có nhà máy thủy điện tháo nước ra. Việc chọn tuyến đập với loại đập đất đá cũng giống như trong trường hợp với đập đất nhưng yêu cầu về nền móng có cao hơn vì tiếp giáp với lõi giữa hoặc tường nghiêng cũng như với vật liệu đá có đòi hỏi các chỉ tiêu nền móng thích hợp. Ngoài ra thường đập đất đá có chiều cao khá lớn, khối lượng xây dựng nhiều nên cần chọn vị trí bảo đảm khối lượng và thời gian thi công càng ít càng thuận lợi. ở đây cần chú ý cả việc bố trí tuyến xả lũ và tuyến năng lượng để chọn tuyến công trình đầu mối hợp lý nhất, đạt được giá thành xây dựng ít mà các yêu cầu khác, đặc biệt về an toàn ổn định công trình được bảo đảm cao. d) Đập bê tông trọng lực Là loại đập bê tông được áp dụng rộng r∙i trong nhiều điều kiện với chiều cao khác nhau. Đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới Grand Dixence (285m) được xây dựng ở Thụy Sỹ. Do áp lực của đập bê tông trọng lực lên nền, nhất là khi chiều cao của đập khá lớn khá tập trung, đặc biệt ở chân mái đập hạ lưu nên yêu cầu nền móng là loại đá tương đối nguyên vẹn, cứng chắc. Qua thực tế xây dựng loại đập này trên thế giới thì tất cả
35. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 39 các loại đá gốc mác ma, trầm tích hay biến chất đều có thể làm nền móng cho loại đập này. ở những chỗ mềm yếu nứt nẻ nhiều có thể có những xử lý thích hợp vẫn bảo đảm yêu cầu về nền móng. Khi chọn tuyến cho loại đập này, ngoài điều kiện địa hình cần chú ý đến điều kiện địa chất công trình. Cần chú ý chọn những vị trí có lớp phong hoá mỏng, nền móng đồng nhất. Ngoài ra khi đặt tràn trên đỉnh đập cần chú ý khu vực tiêu năng để tiếp nối thủy lực hạ lưu được thuận lợi, nhất là tạo dòng chảy ở phần thoát ra được thuận dòng. Đối với các công trình có tràn xả lũ cũng như tuyến năng lượng tách riêng, đập bê tông trọng lực là công trình duy nhất ngăn sông thì nên chọn chỗ tuyến hẹp, nhưng cần chú ý việc dẫn dòng thi công bằng ngăn sông từng đợt, bằng kênh, bằng hầm sẽ kết hợp hay không kết hợp vào công trình để chọn tuyến hợp lý. Có thể cần qua so sánh một số phương án bố trí tổng thể công trình để chọn tuyến hợp lý nhất. đ) Đập vòm Là loại đập bê tông có hình cong để sử dụng sức tựa vào hai bờ nhằm tăng độ ổn định của công trình và giảm vật liệu xây dựng. Do đó yêu cầu địa chất công trình ở hai bờ khá cao và địa hình thung lũng sông hẹp, có độ dốc đối xứng nhất định. Do có ưu việt như vậy nên đại đa số các đập bê tông cao (trên 180m) là đập vòm hoặc vòm trọng lực. Tuy có yêu cầu cao về nền móng, nhất là ở hai vai đập, nhưng thực tế xây dựng trên thế giới cho thấy tất cả các loại đá dù nguồn gốc nào đều có thể thiết kế và xây dựng đập vòm lên đó trong điều kiện địa hình cho phép. Đối với đập vòm (thuần tuý) thì hệ số tuyến, nghĩa là chiều dài tuyến trên chiều cao của đập dưới 3 là thích hợp. Khi hệ số tuyến 3-7 thì nên dùng kết cấu đập vòm trọng lực. Tất cả những thông số của đập vòm (độ dày, cung 2, 3 chiều ) thường phải qua thí nghiệm mô hình cùng với nền móng để xác định. Khi có điều kiện địa hình với hệ số tuyến dưới 4-5 và điều kiện địa chất tương đối đồng nhất nên chú ý chọn tuyến đập vòm mà hiện nay đ∙ cho phép tràn qua đỉnh đập với lưu lượng khá lớn, nhà máy sau đập (tựa đập) với công suất khá cao, đồng thời bảo đảm độ an toàn ổn định lớn hơn so với các loại đập khác, đặc biệt trong điều kiện có động đất mạnh. e) Đập trụ chống, đập liên vòm Là loại đập thường bằng bê tông có trụ đỡ các tấm bê tông cốt thép tạo thành mặt chịu áp. Trường hợp kết cấu chịu áp có tấm hình cong thì đó là đập liên vòm. Đập trụ chống, liên vòm có tiết kiệm được vật liệu bê tông nhưng kết cấu phức tạp, cốt thép nhiều, yêu cầu nền móng cao nên thường áp dụng cho chiều cao đập dưới 100m. Loại đập này khó cho tràn qua đỉnh đập, thi công khó khăn nên ít phổ biến hơn những loại đập khác.
36. 40 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 ở nước ta do điều kiện thường có lũ lớn, lớp phong hoá dày, triển vọng áp dụng loại đập này không nhiều, tuy nhiên khi có điều kiện vẫn cần xem xét để giảm khối lượng bê tông và giá thành so với đập trọng lực. g) Các loại đập khác Các loại đập khác như những đập nhỏ bằng cây gỗ, rọ đá, đá xây, đá xếp hoặc hỗn hợp với các loại vật liệu vừa nêu trên thường là loại đập thấp, dài. Tuyến đập trong trường hợp này thường phụ thuộc vào điều kiện địa hình lòng sông cũng như nền móng và thủy văn, nhất là khả năng thoát lũ. Nói chung dù là loại đập gì thì cũng cần qua so sánh kinh tế kỹ thuật một số phương án tuyến và đi sâu dần để cụm lại từ phạm vi rộng (vùng, đoạn) đến hẹp (tuyến) và cuối cùng chọn được tim tuyến có lợi nhất. Đây là quá trình chuẩn xác hoá dựa trên tài liệu khảo sát và nghiên cứu tính toán đầy đủ. Cần qua mô hình vật lý và thủy lực để kiểm chứng và xác định vị trí cũng như kết cấu và kích thước của công trình, nhất là đối với đập, thường là công trình chịu lực của đầu mối thủy lợi - thủy điện, đặc biệt đối với đập lớn. 2.1.4. Tuyến công trình xả lũ a) Công trình xả lũ Thường phải có trong hệ thống đầu mối thủy lợi thủy điện để tháo lũ không cho nước tràn qua đỉnh đập dù là đập bằng bất cứ loại vật liệu gì, hình thức nào, trừ những đập tràn sự cố khi thiết kế cho phép lũ lớn đột xuất tràn qua, thậm chí cho xói đi nên còn gọi là đập xói (cầu chì). Công trình xả lũ thường bằng bê tông với hình thức tràn mặt, tháo sâu hay xả sâu, có cửa van hoặc không. Sau mặt tràn là dốc nước và cuối cùng là kết cấu tiêu năng. Kết cấu tiêu năng có thể là mũi phóng nước xuống hố tiêu năng, giếng - bể tiêu năng hoặc nếu nền móng đá, lưu lượng nhỏ dùng "tiêu năng tự nhiên" Thường công trình xả lũ là một hệ thống các hạng mục và kết cấu công trình khá phức tạp, có một tuyến công trình xả lũ riêng ở bên trên đập, bên cạnh đập, tách riêng hoàn toàn khỏi đập chính. Như vậy hình thức tuyến công trình xả lũ khác với tuyến đập, nghĩa là khác với tuyến công trình đầu mối. Tuy nhiên, với trường hợp tràn trên đỉnh đập hoặc tràn bên cạnh đập thì tuyến công trình xả lũ cũng trùng với tuyến đập hoặc tuyến công trình đầu mối. Đa số các công trình thủy điện ở nước ta có công trình xả lũ thuộc loại này. b) Tràn trên đỉnh đập Tràn xả lũ trên đỉnh đập thường được áp dụng với kết cấu đập bê tông trọng lực, đập vòm trọng lực. Cũng có trường hợp tràn trên đỉnh đập vòm, đập trụ chống thấp.
37. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 41 Tuyến tràn trong trường hợp như vậy cũng là tuyến đập. Tuyến ở đây là "tuyến ngang". Còn tuyến theo nghĩa "mặt cắt dọc" thì thường thẳng góc với tuyến đập. Đối với đập bê tông trọng lực do mái đập hạ lưu tương đối thoải nên có thể kết hợp thành "mái tràn" mà phía đuôi mái là mũi phóng hoặc kết cấu tiêu năng. Trong điều kiện nước ta do lũ lớn và tập trung nên đập bê tông trọng lực có thể là thích hợp khi cho tràn qua đỉnh đập với lưu lượng đơn vị tương đối lớn. Trong trường hợp như vậy thì chọn tuyến đập cũng đồng thời là tuyến tràn xả lũ, chỉ cần chú ý điều kiện dòng chảy sau bộ phận tiêu năng cho thuận lợi. c) Tràn bên Tràn xả lũ bên cạnh đập thường được áp dụng đối với đập bằng vật liệu địa phương và có điều kiện địa hình tạo tuyến tràn xả lũ ngay sát đập để giảm khối lượng đào đất đá. Trong trường hợp này tuyến đập thẳng hàng (hoặc dưới một góc rộng) với tuyến tràn. Tràn bên cũng được áp dụng với các loại đập bê tông không cho tràn qua đỉnh. Hình thức ngưỡng tràn có thể là thực dụng, chân không, đỉnh rộng. Sau đó thường là dốc nước và cuối cùng là bộ phận tiêu năng. Vấn đề ở đây là cần chọn tuyến dọc của công trình xả lũ vừa giảm được khối lượng xây dựng, vừa bảo đảm bộ phận tiêu năng cũng như dòng chảy ra thuận lợi. Công trình tràn bên của đập Hoà Bình hiện nay là loại có lưu lượng đơn vị lớn nhất thế giới. Tuy nhiên do muốn giảm lưu lượng đơn vị đ∙ thiết kế tuyến mũi phóng xiên góc làm nước quẩn vào chân đập. Sau thiết kế thêm "răng khểnh" để lái dòng chảy về phía bờ trái, giảm dòng quẩn vào chân đập đất đá cũng như phải xây dựng thêm tường lái dòng bờ phải. Khi chọn tuyến dọc công trình xả lũ bên cạnh đập cần chú ý làm thế nào để giảm được chiều cao và khối lượng tường ngăn giữa đập và tràn. d) Xả sâu Xả sâu là công trình tháo lũ nằm sâu dưới mực nước dâng bình thường với hình thức cống được chắn bởi cửa van chịu áp lực cao. Loại công trình này được áp dụng khi phải xả một lưu lượng với cao trình cửa xả nằm sâu dưới mức nước thượng lưu thường áp dụng ở công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện có yêu cầu dung tích hữu ích kết hợp với dung tích chống lũ cho hạ du như ở công trình Hoà Bình. Công trình thủy lợi - thủy điện lớn nhất thế giới hiện nay là công trình Tam Hiệp trên sông Trường Giang ở Trung Quốc cũng có công trình xả sâu. Công trình xả sâu thường được thiết kế trong đập bê tông trọng lực (Tam Hiệp) hoặc đập tràn bê tông (Hoà Bình) mà phía trên là các cửa van xả tràn, phía dưới là các cửa van của cống xả sâu.
38. 42 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Công trình xả sâu do phải tháo lũ trong điều kiện mực nước thượng lưu cao gây áp lực vào cửa nên vận hành phức tạp, cần có luận chứng đầy đủ. Tuyến công trình xả sâu thường trùng với tuyến tràn xả lũ. ở công trình Hoà Bình được gọi chung là công trình xả lũ vận hành. đ) Các loại công trình xả lũ khác Các loại công trình xả lũ khác bao gồm các công trình xả lũ riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối (công trình Thác Mơ, Vĩnh Sơn, Hàm Thuận, Phú Ninh ) cũng như công trình xả lũ dự phòng, lũ sự cố, lũ đột xuất Các công trình xả lũ loại này thường được lợi dụng các "eo" đồi, núi để giảm khối lượng đào đất đá. Ngoài ra phần cuối của công trình phải bảo đảm có tiêu năng thuận lợi cũng như dòng chảy "êm" vào hợp lưu với sông suối thiên nhiên. Tuyến của các công trình xả lũ loại này phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, dân cư ở dọc tuyến cũng như ở hạ lưu tuyến nếu lưu lượng xả qua công trình tương đối lớn. Các ngưỡng xả của công trình có thể có hoặc không có cửa van (còn gọi là tràn "tự động"). Nói chung tràn xả lũ là công trình phức tạp và chi phí tương đối lớn, nhất là khi tách khỏi đập chính nên việc chọn tuyến xả lũ phải được qua so sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đầy đủ tương ứng với từng giai đoạn thiết kế công trình và ở giai đoạn thiết kế cụ thể cần có mô hình thủy lực toàn tuyến đối với công trình tương đối lớn để xác định các thông số và các kích thước cụ thể. 2.1.5. Tuyến năng l•ợng a) Tuyến năng lượng Tùy theo kiểu loại công trình thủy điện mà có các hạng mục khác nhau. Đơn giản nhất là thủy điện kiểu lòng sông thường có tuyến năng lượng ngắn bao gồm cửa lấy nước, ống dẫn nước, gian máy thủy điện, kênh ra kết hợp lại thành một công trình là nhà máy thủy điện. Phức tạp nhất thường là thủy điện kiểu đường dẫn dài bao gồm cửa nhận nước, đường dẫn nước có áp hoặc không áp, bể áp lực khi đường dẫn nước không áp, giếng hoặc tháp điều áp khi đường hầm dẫn nước có áp, ống áp lực, gian máy, đường dẫn nước và kênh ra. Tuyến dọc của hệ thống năng lượng do đó được chọn sao cho có khối lượng và chi phí xây dựng nhỏ nhưng các chỉ tiêu năng lượng lại lớn. Thông thường phải qua nghiên cứu tính toán kinh tế kỹ thuật theo từng bước có so sánh nhiều phương án tuyến. Sơ bộ có thể thấy trong những điều kiện tuyến năng lượng nào ngắn thì có chỉ tiêu kinh tế tài chính tốt hơn. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của tuyến năng lượng với các dạng công tác khác nhau từ đắp đào ngầm hay hở, bê tông ngầm hay hở, ống áp lực bằng thép hay bằng các vật liệu khác, gian máy, đường dẫn nước ra cũng vậy nên cần khảo sát, tính toán cụ thể theo từng giai đoạn để chọn được phương án hợp lý nhất.
39. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 43 b) Tuyến thủy điện kiểu lòng sông Tuyến dọc thủy điện kiểu lòng sông được xác định trong tổng thể tuyến công trình đầu mối thường do bố trí nhà máy thủy điện ở trong hệ thống công trình sao cho thuận lợi nhất. Do công trình tràn xả lũ có lưu lượng lớn hơn nên bố trí ở giữa lòng sông, còn nhà máy thủy điện có thể bố trí hoặc bên bờ phải hoặc bên bờ trái chủ yếu nơi nào thuận lợi đối với giao thông vận tải. Nhà máy thủy điện kiểu lòng sông thường có cột nước thấp, thiết bị nặng với các cấu kiện tương đối lớn (siêu trường siêu trọng) nên vấn đề giao thông vận chuyển cần chú ý. c) Tuyến thủy điện kiểu sau đập Tuyến dọc thủy điện kiểu sau đập phụ thuộc đập chính ngăn sông là loại đập gì, vì đập bằng vật liệu địa phương khó kết hợp bố trí công trình lấy nước và đường dẫn nước nên tuyến dọc của thủy điện được xem xét bố trí riêng bên cạnh hay tách hẳn khỏi tuyến đập. Việc bố trí này có liên quan chủ yếu đến tuyến năng lượng dài hay ngắn do điều kiện địa hình, địa chất cụ thể của vùng công trình đầu mối chi phối. Công trình thủy điện kiểu sau đập với đập bê tông thường có đường dẫn không dài vì chủ yếu tận dụng cột nước do đập và có thể kết hợp làm tuyến dẫn nước trong thân đập, nhà máy ở liền chân hạ lưu đập, làm cho đầu mối khá "gọn" và kinh tế. Trong trường hợp tràn trên đỉnh và nóc nhà máy thì thực tế tuyến dọc đập, công trình xả lũ và năng lượng trùng nhau. d) Tuyến thủy điện kiểu đường dẫn Tuyến dọc của thủy điện kiểu đường dẫn thường rất dài và g∙y khúc vì ít khi bố trí được cả hệ thống năng lượng thành một đường thẳng. Như vậy tổn thất thủy lực có tăng lên nhưng vẫn kinh tế hơn vì tổn thất đó thường không lớn so với khi phải "nắn thẳng" toàn tuyến năng lượng, chi phí tăng lên rất nhiều. Do đó tuyến năng lượng thường chọn tuỳ theo từng đoạn công trình hợp lý (hạng mục công trình) như kênh vào và cửa lấy nước, đường dẫn nước và công trình điều áp, đường ống áp lực và nhà máy, đường dẫn nước và kênh ra. Trong các hạng mục trên thì đường dẫn nước và ống áp lực thường chiếm một chi phí đáng kể nên được xem xét "ưu tiên", làm thế nào để có chiều dài ngắn nhất, đặc biệt là ống áp lực. 2.1.6. Tuyến công trình ngăn mặn Chọn vị trí tuyến cống phải theo các nguyên tắc sau để đáp ứng các yêu cầu kinh tế kỹ thuật: - Cống phải là nơi khống chế được vùng lập dự án. - Dòng chảy vào và ra khỏi cống thuận, nghĩa là ít làm thay hướng chảy của dòng sông, kênh tự nhiên để không gây diễn biến xói bờ ở hạ lưu và thượng lưu khi tháo và khi lấy nước.
40. 44 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 - Nếu đặt cống trong lòng sông thì không được đặt ở đoạn sông cong mà phải đặt ở đoạn sông thẳng và không nên đặt cống ở đoạn sông hẹp và sâu, nên đặt ở đoạn có lòng sông rộng trung bình và độ sâu vừa phải. Trường hợp cống đặt trong lòng sông thì phải thi công cuốn chiếu, đắp đê quai hay đóng cừ vây một nửa và làm khô để thi công một nửa cống ở một phía, phía còn lại thoát lũ thi công. Sau đó tháo lũ thi công qua phần cống đ∙ xây và thi công tiếp phần cống còn lại. - Nếu đặt cống trên bờ thì chọn một đoạn sông cong để dẫn dòng thi công đào hố móng khô trên b∙i bờ bồi. Khi xây xong cống thì đào kênh nối hai đầu cống với sông và đắp đập ngăn sông. Hình 2-1. Thi công công trình cống ngăn mặn trên bãi 1- cống; 2- đập ngăn mặn; 3- kênh dẫn vào; 4- kênh dẫn ra. ở đồng bằng sông Cửu Long, phần lớn sông rạch thẳng hầu như không có khúc khuỷu thì việc xây cống trên kênh nên đặt trên lòng sông để đảm bảo dòng chảy thuận và cảnh quan môi trường, lúc đó phải đào kênh dẫn dòng thi công. - Tuy ở đồng bằng vùng ven biển thường có địa chất gần giống nhau nhưng cục bộ vẫn có những chỗ yếu hơn, nên vị trí cống phải tránh các chỗ đó. - Vị trí cống cũng không nên đặt ở những vùng có dân cư đông đúc phải giải phóng mặt bằng và điều kiện thi công không thuận lợi.
41. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 45 2.1.7. Một số vấn đề chung về chọn tuyến a) Việc chọn tuyến Việc chọn tuyến của công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện là một "công đoạn" trong quá trình khảo sát thiết kế xuyên suốt từ giai đoạn tiền thiết kế (quy hoạch, nghiên cứu Tiền khả thi, nghiên cứu Khả thi) đến thiết kế, lập bản vẽ thi công. Khâu "tác nghiệp" chuyên ngành này được hoàn thiện dần qua các bước, giai đoạn nghiên cứu thiết kế. Có thể nói đây là một khâu có tính chất nghệ thuật và sáng tạo vì các công trình thủy lợi - thủy điện khó mà theo một "định hình" hay một thiết kế mẫu nào, kể cả trong việc chọn tuyến công trình. Nó lại là khâu chi phối khá nhiều đến thời gian và giá thành đầu tư cũng như chất lượng công trình nên cần học hỏi, đúc rút kinh nghiệm và tổng kết trong vấn đề này. b) Tuyến dọc Các tuyến dọc của hạng mục công trình như đập, tràn xả lũ, cống thủy lợi, tuyến năng lượng được cụ thể qua bố trí tổng thể công trình đầu mối, thường thẳng góc với tuyến chung (tuyến ngang toàn diện). Các tuyến này cũng cần bố trí cho thật hợp lý, trong đó làm thế nào để thủy lực "đầu vào" và "đầu ra" được thuận lợi nhất, đồng thời giá thành đầu tư xây dựng là ít nhất trong khi vẫn bảo đảm các nhiệm vụ và thông số chủ yếu của công trình đầu mối. c) Các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thi công, môi trường sinh thái dân sinh xã hội có ảnh hưởng trực tiếp và là cơ sở ban đầu để xem xét nghiên cứu tính toán việc so sánh và chọn lựa tuyến công trình đầu mối và các hạng mục công trình. Cần có đề cương cụ thể trong từng giai đoạn, từng bước nghiên cứu tính toán để thu thập với mức tối thiểu các chỉ tiêu, số liệu nhằm giúp cho việc so chọn tuyến được thuận lợi, chuẩn xác. Dù trường hợp nào thì cũng cần có khảo sát tổng hợp ở thực địa với phương châm "trăm nghe không bằng một thấy" để kiểm tra chung những số liệu thu thập và là cơ sở để lập đề cương công việc cần làm cho bước sau. d) Thường điều kiện địa hình có ý nghĩa chi phối lớn đối với việc chọn tuyến, trong khi điều kiện địa chất, thủy văn, môi trường sinh thái, thi công, vận hành trong một vùng tuyến thường tương tự nhau. Khi sơ bộ chọn tuyến cần chú ý ngay đến việc bố trí công trình cụ thể trong toàn bộ công trình đầu mối, kể cả việc dẫn dòng thi công (thường đối với điều kiện lũ lớn ở nước ta, có ảnh hưởng đáng kể đến bố trí công trình chung cũng như giá thành xây dựng). Như vậy trên cơ sở tài liệu địa hình, địa chất, thủy văn cần "phác hoạ" bố trí tổng thể công trình bằng cách "sắp xếp" các hạng mục công trình.
42. 46 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 đ) Dù hệ thống công trình thủy lợi - thủy điện loại nào thì đập chính ngăn sông vẫn là hạng mục công trình chủ yếu, chi phối các hạng mục công trình khác. Do đó loại đập có ý nghĩa lớn trong việc chọn tuyến và mỗi loại đập thường có tổ hợp các công trình đi theo, nên cần có chủ định rõ ràng khi chọn tuyến từ lúc sơ bộ xác định vùng tuyến. Ngay lúc đó cũng đ∙ phải chọn tuyến đại diện đi với loại đập chính ngăn sông một cách có cơ sở kinh tế kỹ thuật. Vì vậy loại đập chính ngăn sông thường là "chủ đề" cho việc chọn tuyến. Loại đập này do những điều kiện thiên nhiên như địa hình, địa chất, thủy văn, vật liệu xây dựng chi phối, cũng như do những điều kiện môi trường sinh thái, công nghệ xây dựng, kinh tế tài chính tác động. Tất nhiên cần qua so sánh kinh tế kỹ thuật cụ thể nhưng đối với "chuyên gia" cũng cần có những "cảm nhận" trực giác qua nhiều kinh nghiệm lý luận và thực tiễn giúp định hướng và định lượng đúng đắn, giảm được thời gian và chi phí khảo sát, tính toán cũng như chất lượng dự án được bảo đảm ở mức cao nhất. 2.2. Bố trí tổng thể công trình đầu mối 2.2.1. Những nguyên tắc chung a) Điều kiện cơ sở Do các công trình đầu mối thủy điện – thủy lợi có nhiệm vụ khai thác sử dụng tổng hợp nguồn tài nguyên nước đồng thời phải bảo vệ nguồn nước lâu dài, cắt giảm lũ cho phía hạ lưu nên trong thành phần công trình đầu mối ngoài những công trình thủy công chung như đập, tràn xả lũ còn có các công trình chuyên ngành như cống lấy nước để cung cấp nước, nhà máy thủy điện, âu tàu hay công trình nâng tàu, công trình chuyển tải, công trình chuyển cá, công trình xả sâu Từ đó bố trí tổng thể công trình đầu mối thường gồm nhiều hạng mục công trình, cần tổ hợp thành một mặt bằng bố trí công trình hợp lý, hài hoà để bảo đảm thực hiện được các nhiệm vụ đặt ra cho công trình đầu mối một cách thuận lợi nhất, đạt hiệu quả cao nhất. Thường cần qua so sánh một số phương án bố trí công trình để chọn phương án tối ưu. Cần dự kiến cả khả năng mở rộng, nâng cấp công trình trong tương lai. b) Điều kiện kinh tế - kỹ thuật Bố trí tổng thể công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện cần đạt được các đặc trưng và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thuận lợi, hợp lý. Giá thành xây dựng công trình có kể đến các chi phí vận hành thường xuyên phải là tối thiểu. Cần tận dụng các điều kiện thiên nhiên về địa hình, địa chất, thủy văn, vật liệu xây dựng tại chỗ. Trong điều kiện có thể, cần tận dụng sự kết hợp các hạng mục công trình đập với tuyến xả lũ, tuyến năng lượng.
43. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 47 Chú ý sơ đồ thi công làm thế nào để với khối lượng tối thiểu có thể đưa công trình vào vận hành từng phần sớm nhất, phát huy hiệu quả nhanh nhất. Trong điều kiện nhiệt đới ẩm có lũ lớn như ở nước ta công trình dẫn dòng thi công thường chiếm một tỷ trọng chi phí lớn nên cần chú ý bố trí hợp lý qua so sánh các phương án và tận dụng các công trình tạm thời đó sau thành công trình vĩnh cửu như để xả phù sa, xả một phần lũ, kết hợp đường dẫn ra của tổ máy (như ở Hoà Bình). Trong trường hợp cần đẩy nhanh tiến độ thi công với khối lượng đắp đập không lớn, có thể tập trung làm trong một mùa khô thì không nhất thiết phải có công trình tháo lũ thi công (Thác Mơ) vừa tốn kém, vừa kéo dài thời gian xây dựng mà chỉ cần công trình dẫn dòng mùa cạn. c) Điều kiện thi công - xây dựng Khi chọn kết cấu và bố trí công trình cần chú ý sơ đồ tổ chức để xây dựng và tiến độ thi công làm thế nào để xây dựng công trình trong một thời gian ngắn nhất với cường độ thi công các loại xen kẽ một cách hợp lý nhất. Tổ chức dẫn dòng thi công hợp lý, tận dụng được lực lượng xây dựng sẵn có. Sơ đồ đường giao thông vận chuyển ngoài và trong công trình cần hợp lý hoá, tận dụng tối đa những tuyến và phương tiện vận chuyển, giao thông, thi công sẵn có. Cố gắng bố trí các hạng mục công trình tương đối tập trung để tận dụng các phương tiện thi công chung, làm giảm khối lượng các công trình tạm thời, phụ cũng như công trình chính. Cần có chỗ để bố trí công trình phụ trợ nhất là khu nhà máy bê tông nghiền sàng phải gần công trình. Trong trường hợp khó thi công đê quai, làm khô hố móng vì nền đập là cát cuội, sỏi thì áp dụng sơ đồ thi công trong nước phần đắp cát và dùng thủy lực dòng chảy để làm trôi lớp cát cần phải bóc bỏ (như ở Hoà Bình). d) Điều kiện kỹ thuật vận hành Công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện phải đáp ứng các yêu cầu nhiệm vụ đề ra một cách tốt nhất trong suốt thời gian làm việc của công trình. Cố gắng kết hợp tối đa các nhiệm vụ về khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn tài nguyên nước. Bố trí công trình đầu mối làm thế nào để thao tác vận hành được thuận lợi, có thể tự động hoá một cách đơn giản, chắc chắn và tối đa, bảo đảm vận hành an toàn, linh hoạt. Các công trình tuyến áp lực cần bảo đảm độ an toàn ổn định, ít phải sửa chữa. Các công trình cần có điều kiện thủy lực vào và ra thuận lợi, vừa ít tổn thất, tránh dòng xoáy, xói lở vừa giảm khối lượng xây dựng. Cần tận dụng điều kiện thiên nhiên sẵn có, không đào mái dốc nhiều vừa giữ cảnh quan môi trường và bảo vệ khỏi bị sạt lở trong khi thi công và vận hành.
44. 48 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 đ) Các điều kiện khác Công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện chẳng những phải bảo đảm yêu cầu kinh tế - kỹ thuật, bền vững mà còn tạo cảnh quan, công trình kiến trúc, mỹ thuật hài hoà với thiên nhiên môi trường, càng ít tác động vào tự nhiên càng tốt. Với điều kiện có thể, cần dự kiến trước sự nâng cấp, nâng cao năng lực sản xuất của công trình. Bố trí chỗ để làm tiếp các công trình cần phát triển theo nhu cầu như công trình vận chuyển khách, hàng hoá qua đập, công trình tràn sự cố phòng các đập ở phía thượng lưu bị vỡ (hoặc hạ thấp mực nước dâng khi khó bố trí công trình tràn sự cố ). Kết hợp và tận dụng các công trình để giao thông qua lại (trên đỉnh đập, các cơ, đê quai). Kết hợp và tận dụng các cơ sở phục vụ, khu phụ trợ, khu nhà ở lán trại để sử dụng cho địa phương cho cán bộ công nhân vận hành, cho di dân tái định cư 2.2.2. Bố trí công trình không có đập ngăn sông a) Công trình không có đập là công trình không có cột nước như công trình lấy nước tự chảy trực tiếp từ sông, từ kênh lớn, không có hồ chứa. Những công trình lấy nước này thường là để tưới tiêu, cung cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt. b) Theo điều kiện lấy nước từ sông vào kênh chính công trình lấy nước chia làm hai loại: có điều tiết và không điều tiết. Đối với loại công trình không điều tiết lưu lượng cần lấy phụ thuộc vào mực nước sông. Đối với loại công trình có điều tiết thường có cống điều tiết hoặc trạm bơm ở đầu kênh cho phép lấy lưu lượng cần thiết với bất kỳ mực nước nào của sông. c) Vị trí và bố trí công trình không có cột nước cũng như loại công trình lấy nước được xác định do một số điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn của đoạn sông, điều kiện và lượng nước cần lấy. 2.2.3. Bố trí công trình với cột n•ớc thấp a) Công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện với chiều cao thấp dùng để dâng nước tạo điều kiện lấy nước cho nhu cầu thủy lợi, công nghiệp, sinh hoạt, cho thủy điện kiểu đường dẫn dùng lưu lượng cơ bản. Công trình thủy điện kiểu lòng sông cũng thường có cột nước thấp, có khi với mục đích "kênh hoá" dòng sông cho giao thông vận tải thủy. Bố trí công trình đầu mối trong các điều kiện như vậy ngoài đập dâng và tràn xả lũ còn có công trình như cống lấy nước, âu tàu, nhà máy thủy điện b) Nếu sông rộng thì thường bố trí nhà máy thủy điện trên một bờ, âu tàu ở bờ bên kia, ở giữa là đập tràn xả lũ. Nếu đặt cả nhà máy thủy điện và âu tàu vào một bờ thì vận hành công trình có khó khăn, nhưng thi công công trình bê tông được thuận lợi do tạo thành một tổ hợp công trình bê tông. c) Khi lòng sông hẹp khó bố trí tất cả các hạng mục của công trình đầu mối vào một tổ hợp, có thể phải đào lấn bờ để bố trí công trình như đặt nhà máy thủy điện. Nếu điều kiện cho phép thì nên kết hợp tuyến năng lượng với tuyến tràn xả lũ. Tuy nhiên do cột nước thấp nên khó bố trí, có thể dùng các mố trụ của đập để bố trí tổ máy sẽ có hiệu quả hơn.
45. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 49 d) ở nước ta công trình Thác Bà được xây dựng trong những năm 60 của thế kỷ XX là thuộc loại thủy điện kiểu lòng sông với cột nước tương đối thấp, bố trí công trình bao gồm từ bờ phải qua trái đập khô bờ phải; nhà máy thủy điện với 3 tổ máy, tràn xả lũ có 3 khoang, đập chính ngăn sông bằng đất đá (xem hình 2-2). Hình 2-2. Bố trí tổng thể công trình loại thủy điện lòng sông a) Cắt dọc theo trục công trình đầu mối; b) Mặt bằng; 1, 4, 6- đập đất; 2- Nhà máy thủy điện; 3- Đập tràn bê tông; 5- Âu tàu; 7- Ranh giới ngập ở thượng lưu; 8, 11- Kênh vào và kênh ra; 9, 10- Kênh vào âu. 2.2.4. Bố trí công trình với cột n•ớc trung bình a) Công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện với cột nước trung bình có thể được xây dựng ở sông vùng đồng bằng, trung du và miền núi. Trong trường hợp ở sông vùng đồng bằng và trung du, có thể nền móng không phải là đá, còn sông ở miền núi thường là nền móng đá. Các công trình đầu mối có cột nước trung bình đa số với mục đích phát điện và nhà máy thủy điện thường thuộc kiểu sau đập. b) Bố trí công trình thủy điện kiểu sau đập phụ thuộc chủ yếu vào loại đập bằng bê tông hay bằng vật liệu tại chỗ. Trong trường hợp đập bằng vật liệu tại chỗ khó có thể kết hợp với tràn xả lũ, cần bố trí tràn xả lũ riêng bên cạnh đập như ở công trình Hoà Bình. Tuyến năng lượng hoàn toàn bố trí riêng bên bờ trái.
46. 50 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 c) Bố trí công trình với đập bê tông có thể kết hợp tràn và tuyến năng lượng vào một "đầu mối" thì thường cho tràn qua đỉnh đập và nóc nhà máy thủy điện. Như vậy bố trí công trình gọn vào một "tổ hợp". Trong trường hợp này cần chú ý đến công trình dẫn dòng thi công. Nếu sông tương đối rộng, mái thoải thì có thể làm kênh dẫn dòng, sau đó bố trí công trình bê tông có khoang tràn và lỗ xả sâu để tháo lũ, lỗ xả đáy để tháo phù sa hoặc chừa "chỗ" để sau này mở rộng, tăng thêm công suất của thủy điện, nghĩa là để làm nhà máy thủy điện mới. Khó khăn là hệ thống cửa lấy nước, ống dẫn nước sẽ "cải tạo" như thế nào để trở thành tuyến năng lượng. Có thể trong trường hợp với cửa xả sâu có phần thuận lợi hơn trong việc “cải tạo”. d) Bố trí công trình Hoà Bình với tuyến năng lượng độc lập bên bờ trái, nhà máy thủy điện ngầm cho phép chạy máy sớm do việc chạy máy đầu tiên có thể làm theo tuyến riêng từ đào, đổ bê tông, lắp ráp tổ máy. Trong trường hợp với nhà máy hở phải hoàn thành phần dưới nước của cả 8 tổ máy là phần khối lượng chủ yếu của toàn bộ nhà máy. Ngoài ra các đường hầm có áp vào các tổ máy ngầm ngắn, thi công nhanh, khác với trường hợp khi nhà máy thủy điện hở, đường hầm áp lực dài rất khó thi công, nhất là ở hai đầu đều bị "chặn lại", phía thượng lưu là cửa nhận nước, phía hạ lưu là nhà máy, phải thi công 16 "hầm cụt" vừa lâu, vừa có nhiều rủi ro; khối lượng đào hở ở nhà máy rất lớn, khi vận hành việc bảo vệ mái đào cao cũng là một khó khăn (xem hình 2-3). Hình 2-3. Bố trí tổng thể công trình loại thủy điện sau đập 1- trạm điện; 2- đập khô; 3- nhà máy thủy điện; 4- đập tràn; 5- đập đất; 6- âu tàu; 7- đường.
47. A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 51 2.2.5. Bố trí công trình với cột n•ớc cao a) Bố trí công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện với cột nước cao có thể có 2 loại. Loại chủ yếu do đập tạo nên cột nước, thường có đập cao và giá thành của đập chiếm đến 40 á 60% toàn bộ giá thành. Bố trí công trình loại này chủ yếu do đập chi phối. Nếu là đập bê tông thì thường kết hợp công trình xả lũ và tuyến năng lượng vào đầu mối. Khi địa hình, địa chất, thủy văn không cho phép kết hợp và có thể bố trí riêng thì bố trí các công trình xả lũ cũng như năng lượng ở trên một bờ hay tách riêng ra hai bờ tương tự như với bố trí khi có đập ngăn sông bằng vật liệu tại chỗ. Thường điều kiện địa hình chi phối việc bố trí công trình. Để làm thế nào có chi phí xây dựng ít nhất, cần qua so sánh một số phương án bố trí công trình cụ thể. b) Loại chủ yếu do đường dẫn nước tạo nên cột nước (thủy điện kiểu đường dẫn) thì ngoài đập, công trình xả lũ thường bố trí tập trung, còn tuyến năng lượng do có đường dẫn nước dài (bao gồm kênh, hầm dẫn, ống áp lực, nhà máy kênh ra) phải bố trí riêng ở một phía bờ sông. Cần căn cứ chủ yếu vào điều kiện địa hình địa chất để làm thế nào với độ dài đường dẫn ngắn nhất, tạo được cột nước cao nhất. ở loại công trình có cột nước cao thường chỉ có tuyến năng lượng mà không có các công trình khác như âu tàu (hoặc công trình nâng tàu, công trình cho cá lên xuống, công trình thả gỗ ). c) Thường trong bố trí công trình có cột nước cao tuyến năng lượng có ý nghĩa lớn dù là trong trường hợp kiểu đường dẫn hoặc trong trường hợp kiểu sau đập, nên cần có so sánh các phương án kinh tế kỹ thuật cụ thể. Đối với đập bê tông, loại công trình kiểu sau đập thường tuyến năng lượng có thể kết hợp tương đối thuận lợi. Đối với đập bằng vật liệu tại chỗ đường dẫn nước phải dài và thường là kiểu hầm dẫn. ở đây phải xem xét cụ thể trong từng trường hợp có hoặc không có công trình điều áp, chủ yếu do chiều dài của đường dẫn chi phối. d) Nhà máy thủy điện do có đường dẫn nước thường kiểu ngầm, cả ống áp lực cũng vậy nên có thể là kiểu thủy điện ngầm. Gian máy ngầm thực chất do quy mô khá lớn nên thi công gần giống như gian máy hở sau khi đ∙ làm vòm. Phần dưới hầu như không bị mưa gió ảnh hưởng, thi công từng tổ máy độc lập, có thể đưa vào vận hành sớm nên trên thế giới nhà máy thủy điện ngầm được làm khá nhiều. ở Hoà Bình, Yaly cũng vậy, vì bảo đảm kinh tế kỹ thuật chứ không phải chỉ vì quốc phòng mà làm ngầm. 2.2.6. Một số nhận xét chung a) Bố trí công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện phụ thuộc vào thành phần của đầu mối, ngoài công trình đập ngăn sông và công trình xả lũ thì chủ yếu do nhiệm vụ của công trình đầu mối: cấp nước, thủy điện, vận tải thủy, thả gỗ. Khi công trình có nhiệm vụ cung cấp nước tưới, nước cho công nghiệp, nước cho sinh hoạt thì trong hệ thống đầu mối còn có cửa lấy nước hoặc cống, kênh dẫn nước các nút phân phối nước (cống tưới, tiêu, trạm bơm, công trình trên kênh ).
48. 52 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1 Khi công trình có nhiệm vụ phát điện thì trong hệ thống đầu mối còn có tuyến năng lượng bao gồm cửa nhận nước, công trình dẫn nước (kênh, ống, hầm), nhà máy thủy điện, công trình phân phối điện Khi công trình có nhiệm vụ giao thông vận tải thủy thì trong hệ thống đầu mối còn có tuyến chuyển tàu, thuyền, bè thường bao gồm kênh vào, ra, âu tàu, đường trượt tàu hoặc công trình nâng tàu Cũng có những trường hợp có nhiệm vụ sử dụng tổng hợp nguồn tài nguyên nước với 2 hoặc cả 3 nhiệm vụ thì hệ thống đầu mối thủy lợi - thủy điện bao gồm đủ cả các công trình: đập tràn xả lũ, cống lấy nước, tuyến năng lượng, âu tàu. b) Vấn đề chọn loại đập là một trong những nội dung chủ yếu về nghiên cứu tính toán kinh tế kỹ thuật, có ý nghĩa lớn trong việc bố trí công trình đầu mối thủy lợi - thủy điện. Trong việc chọn loại đập thì sự xác định đập bê tông hay đập vật liệu tại chỗ có ảnh hưởng trực tiếp đến bố trí công trình đầu mối. Đối với công trình đầu mối thủy lợi với đập ngăn sông không cao, tạo hồ chứa để tưới về mùa khô, chủ yếu ở vùng trung du, có địa hình bố trí tràn xả lũ bên bờ hay riêng ở "eo" núi có chỗ đổ ra sông suối tương đối thuận lợi thì đập thường làm bằng vật liệu tại chỗ. Đập bê tông thường được chọn ở địa điểm có điều kiện địa hình, địa chất thích hợp, nền móng là đá, vật liệu cát sỏi tương đối ở gần, điều kiện dẫn dòng thi công thuận lợi theo cách phân đợt, kênh hoặc hầm tháo lũ thi công. Đập bê tông cho phép kết hợp công trình xả lũ, có khi cho phép xả lũ trong lúc còn đang xây dựng. Đập vòm hoặc vòm trọng lực được xây dựng ở những địa điểm có điều kiện địa hình, địa chất cho phép với hệ số tuyến thường khoảng 2 á 4, cũng có khi với hệ số tuyến lớn hơn. Hiện nay việc kết hợp cho tràn qua đỉnh đập và kết hợp xây dựng nhà máy sau đập trong điều kiện lưu lượng lũ và công suất lớn đều đ∙ có thực tiễn ở nhiều nơi. Do đó đặc biệt trong điều kiện có động đất mạnh, cần quan tâm để làm đập cong hoặc vòm (đập vòm Vaiont ở Italia cao 262 m, nước lẫn đất đá do sạt bờ hồ tràn trên đỉnh hàng trăm mét mà không bị vỡ), nghĩa là cần tận dụng điều kiện tự nhiên để xây dựng đập vòm hoặc vòm trọng lực. c) Cần đặc biệt quan tâm bảo đảm độ an toàn và ổn định của tuyến áp lực, về kết cấu của công trình đập, chỗ tiếp giáp cũng như 2 vai đập. Ngoài việc chọn kết cấu hợp lý thì cần chú ý điều kiện sạt lở bờ hồ trong phạm vi gần (như bờ hồ Vaiont bị sạt lở làm hồ bị lấp, tuy đập không vỡ nhưng vẫn làm thiệt mạng khoảng 4 ngàn người mặc dù đ∙ có báo động trước để sơ tán ở hạ lưu). Việc bảo đảm an toàn ổn định của phía hạ lưu như công trình tiêu năng, chân đập, hai bờ cả về kết cấu và thủy lực cũng cần được quan tâm. Thường có mô hình thủy lực để kiểm tra các giải pháp kỹ thuật, đặc biệt nếu ở hạ lưu công trình có đông dân cư hoặc có các công trình kinh tế - x∙ hội.