Đồ án Thiết kế tổ chức thi công công trình Sơn La - Hạng mục nhà máy thủy điện

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG Vị trí địa lý Công trình thủy điện Sơn La được xây dựng trên địa phận xã Ít Ong huyện Mường La và xã Liệp Tè huyện Thuận Châu tỉnh Sơn La. Vị trí tuyến đập thuộc phương án tuyến Pa Vinh II trên sông Đà.
 Hình 1.1 - Vị trí xây dưng thuỷ điện Sơn La Nhiệm vụ công trình. Cung cấp nguồn điện năng để phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Góp phần chống lũ về mùa mưa và cung cấp nước về mùa kiệt cho đồng băng bắc bộ Góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế văn hóa xã hội cho vùng Tây Bắc. Quy mô công trình. Cấp công trình: cấp đặc biệt. Dung tích chống lũ cho hạ lưu là 7 tỷ m3 , trong đó 4 tỷ m3 ở hồ Sơn La, và 3 tỷ m3 ở hồ Hoà Bình. Bảng 1.1. Bảng thông số chỉ tiêu chính thuỷ điện Sơn La TT  Thông số và chỉ tiêu  Đơn vị    1  Hồ chứa   Cấp đặc biệt    - chế độ điều tiết   Năm    - Mực nước dâng binh thường  m  215    -Mực nước dâng gia cường( Ứng với lũ P = 0,01% )  m  217,83    - Mục nước kiểm tra  m  228,07    - Mục nước chết  m  175    - Dung tích toàn bộ  106m3  9260    - Dung tích hữu ích  106m3  6504    - Dung tích phòng lũ  106m3  4000    - Diện tích mặt hồ( MNDBT )  km2  224   2  Thuỷ văn      - Diện tích lưu vực  km2  43.760    - Lưu lượng trung bình nhiều năm  m3/s  1532    - Tổng lượng dòng chảy năm  tỷ m3  48,32    - Lưu lượng lũ  m3/s     Với P = 0,01%  m3/s  47.700    P = 0,1%  m3/s  28.600    P = 1%  m3/s  19.600    P = 5%  m3/s  14.600    P = 10%  m3/s  12.700    Lũ lớn nhất có thể xảy ra  m3/s  60.000   3  Công trình chính   Cấp đặc biệt    1. Đập dâng      - Loại đập   Bê tông    - Chiều cao lớn nhất  m  138,1    2. Công trình xả lũ      - Yêu cầu lớn nhất  m3/s  34.780    - Tần suất thiết kế  %  0,01    * Xả sâu      + Số lỗ xả ( b x h )  lỗ  12( 6 x 10 )    + Cao trình ngưỡng xả  m  145    * Xả mặt      + Số khoang xả  Khoang  6( 15 x 13)    + Cao trình ngưỡng xả  m  197,8   4  Nhà máy thuỷ điện   Cấp đặc biệt    1. Thông số chính      - Lưu lượng max  m3/s  3642    - Cột nước max  m  101,6    - Cột nước min  m  56,4    - Cột nước tính toán  m  78    - Công suất bảo đảm  MW  639    - Công suất lắp máy  MW  2400    - Năng lương trung binh nhiều năm  106kW/h  10.227    2. Loại nhà máy   Sau đập    3. Số tổ máy  Tổ  6   Điều kiện tự nhiên khu vục xây dựng . Điều kiện địa hình. Vùng tuyến Pa Vinh II nằm trong khu vực thung lung sông Đà với các đỉnh dạng vai, các bề mặt sườn với độ cao từ 100 ~ 400 m của các dãy núi trung bình và cao kéo dài chủ yếu theo hương Tây Bác – Đông Nam. Dựa vào nguồn gốc tạo thành có thể chia địa hình vùng tuyến thành các dạng địa hình sau đây: Bờ trái với địa hình có nguồn gốc là xâm thực bóc mòn là các đỉnh dạng vai mức cao 400 – 500 m với bề mặt sườn có độ dốc trung bình là 25-45o khá dốc đứng Bờ phải là địa hình có nguồn gốc chủ yếu là bóc mòn , là dải đồi núi thoải hơn dạng vai ở mức 200 -300 m , độ dốc trung bình là 15 -25o ở hạ lưu tuyến đập nơi lòng sông mở rộng , tích tụ Aluvi sông Đà phát triển khá mạnh tạo nên 1 bãi bồi lòng sông lớn ( Bãi bồi Hủa Non và các bãi bồi ven sông ) Đáy sông vùng tuyến có cao độ khoảng 108 – 111 m , Khoảng cách giữa hai mép bờ sông dao động từ 120 – 270 m . Điều kiện địa chất. Tầng lớp phủ : 1. Phủ nhóm đất rời : gồm có 2 lớp chính 1a chiều dày trung bình 3 - 5 m và 1b Chiều dày trung bình 4 - 5 m có thành phần chính là cát hạt nhỏ hạt trung lẫn cuội sỏi hệ số thấm K = 40- 180 m/ngđ 2. Phủ nhóm đất dính : gồm 2 lớp 2a Chiều dày trung bình 2 - 4 m và 2b Chiều dày trung bình 2 - 3 m ( edQ ) có thành phần á sét , sét lẫn dăm sạn có hệ số thấm nước K = 0,15 m/ngđ Nói chung khi thi công hoàn toàn bóc bỏ lớp phủ , để đặt đập bê tông trên nền đá gốc , đảm bảo ổn định cho đập bê tông trọng lực Tầng đá gốc : Nền đập vai bờ trái : Nền đập vai bờ trái nằm trong phạm vi phân bố đá bazan - điaba , cấu tạo đá có nguồn gốc phun trào - á phun trào được bóc lộ sâu . Mặt cắt địa chất vùng tuyến : IA1 chiều sâu trung bình 10 – 15 m IA2 chiều sâu trung bình 18 – 20 m IB chiều sâu trung bình 30 – 35 m IIA chiều sâu trung bình 55 – 60 m Đới đá IIA bên vai trái tuyến đập là đá bazan - điaba cứng nhắc , nứt nẻ trung bình, tính thấm nước trung bình. Có các chỉ tiêu như sau : Cường độ kháng nén trung binh : 756 KG/cm2 Lưu lượng ép nước đơn vị : q = 0,06 l/ph Mô đun biến dạng trung bình : Eo = 11.000 M(a Chỉ tiêu độ bền kháng cắt của khối + góc ma sát trong :tg( = 0,80 + lực dính C = 2,5 KG/cm2 ở phía dưới là đới đá IIB có tính thấm nước yếu và không thấm nước Có lưu lượng ép nước đơn vị : q = 0,015 l/ph Do đó với phương án đập bê tông trọng lực nền đập đặt trên nền đới đá IIA với bề dày đào bóc trung bình 20 -30 m, hoàn toàn an toàn về mặt cường độ ,nhưng phải xử lý thấm với màn chống thấm phải xử lý qua khối đá IIA có tính thấm nước yếu (q = 0,06 l/ph ) sâu vào đới đá IIB tính thấm nước yếu và không thấm nước (q = 0,015 l/ph ) từ 5 -10 m .Như vậy chiều sâu màn chống thấm 40- 45 m Nền đập và nhà máy phần lòng sông : Nền đập giữa sông đặt trên khối đá bazan - điaba Lớp bồi tích lòng sông (1a) thành phần cát cuội tảng chiều dày thay đổi từ 1-8m có tính thấm lớn phủ trực tiếp trên đới đá Bazan - điaba phong hoá yếu nứt nẻ mạnh (IIA ). Đới đá tương đối nguyên khối (IIB) nằm ở sâu 65 – 70 m Các chỉ tiêu của đới đá IIA như sau : Môđun biến dạng trung bình : Eo = 8000 M(a Chỉ tiêu độ bền kháng cắt : + Góc masat trong : tg( = 0,7 + Lực dính C = 2,0 KG/cm2 Ta thấy do bề mặt đá gốc phân cắt không đều và tại những vị trí đứt gãy phá huỷ kiến tạo cắt qua , đá gốc bị nứt nẻ mạnh nên khi đào hố móng chúng ta bóc bỏ thêm 5 – 10 m sau khi bóc bỏ lớp bồi tích 1a Mặt khác để tránh khả năng thấm tập trung tại nền đập ở lòng sông cần khoan phun xi măng tạo màn chống thấm tới 65 - 70 m qua đới đá IIA nứt nẻ mạnh và sâu vào đới IIB khoảng 5 -10 m Đập dâng giữa sông và công trình tràn bờ phải : Đập dâng giữa sông và tràn bờ phải được bố trí trên khu vực địa hình thấp và tương đối thoải của vai đập bờ phải . Phần lớn năm trong phạm vi phân bố của đá Bazan - điaba có cấu tạo khối, đôi chỗ có cấu tạo phiến Nền công trình chủ yếu được đặt sâu dưới dới đá IIA có đặc trưng độ bền cơ học cao biến dạng thấp ( chỉ tiêu cơ lý tương tự như bờ trái ) Với cường độ cao thì nền đập hoàn toàn đáp ứng được ổn định với đập bê tông trọng lực , và chúng ta cần phải xử lý chống thấm tương tự như phần đập bê tông nối tiếp bờ trái tức khoan phun qua lớp đá IIA cắm vào IIB 5 - 10 m Tại khu vực hố móng đập tràn đá bazan - điaba bị ép mạnh nên kém cứng chắc. Do vậy để đảm bảo an toàn cần có biện pháp gia cố nền (khoan phun ximăng gia cố) hoặc hố móng có thể đào tới khối đá Bazan cấu tạo khối Vai đập bờ phải : Đá bazan - điaba vai phải tuyến đập có chiều sâu bị phong hoá lớn hơn vai trái. chiều sâu phát triển trung bình các đới như sau : Đới IA1 sâu trung bình 5 – 10 m Đới IA2 sâu trung bình 15 – 20 m Đới IB sâu trung bình 45 – 50 m Đới IIA sâu trung bình 80 – 85 m Một phần phạm vi nền đập nằm trong phạm vi phân bô của diện lộ đá trầm tích và 1 phần trong phạm vi phân bố của khối đá bazan - điaba được bóc lộ. Trong phạm vi đới tiếp xúc với các thấu kính đá trầm tích bazan - điaba bị nứt nẻ mạnh , cấu tạo phiến hoá , đá kém rắn chắc. Ngoài đới tiếp xúc xuống sâu đá bazan - điaba có cấu tạo khối đá chắc hơn Tính chất cơ lý của đá cấu tạo khôí : + Cường độ kháng nén trung bình 750 KG/cm2 + Môđun biến dạng trung bình : Eo = 6300 M(a + Chỉ tiêu độ bền kháng cắt : tg( = 0,8 C = 2,5 KG/cm2 Tính chất cơ lý của đá cấu tạo phiến hoá : + Cường độ kháng nén trung bình 326 KG/cm2 + Môđun biến dạng trung bình : Eo = 3000 M(a + Chỉ tiêu độ bền kháng cắt : tg( = 0,7 C = 2,0 KG/cm2 KL: Do đặc điểm cấu tạo địa chất như thế chúng ta xử lý chống thấm và gia cố nền đập như sau : phải khoan phun màn chống thấm qua đới đá IIA vào trong đới đá IIB khoảng 5 – 10 m có chiều sâu lớn nhất là 60 -65 m. Đặc biệt trong các đới có phá huỷ kiến tạo và đá bazan cấu tạo phiến hoá cần khoan phun gia cố nền Bờ phải có chiều sâu khoan phun nền, xử lý thấm sâu hơn bờ trái . Điều kiện địa chất thuỷ văn Ở vùng công trình chính đã phát hiện hai hệ thống nước ngầm : + Tầng nước ngầm Aluvi + Hệ thống nước khe nứt và nước mặt Tầng aluvi chứa nước phát triển phát triển vùng Aluvi lòng sông Đà và tầng cát giáp bờ nơi chỉ có nước ngầm lộ ra vào mùa kiệt, thấm ra từ lòng sông Đà và nước từ các khe nứt giảm tải Nước của tầng này có tính ăn mòn HCO3 đối với bê tông. Nước khe nứt có ở các khối đá phun trào và thâm nhập. Tầng chứa nước không áp có nguồn từ nước mưa thấm xuống , nước thoát thoát ra sông Đà qua các suối , khe , Trong mùa kiệt thì qua tầng Aluvi ven bờ . Vào cuối mùa kiệt mực nước ngầm hạ thấp gần tới mái đới đá không thấm và còn dày không quá vài mét Trong mùa mưa , mực nước ngầm nâng cao thêm 10 - 20 m . Nước của tầng này chứa ít khoáng chất và không ăn mòn bê tông . Điều kiện khí tượng, thuỷ văn lưu vực dòng chảy. Điều kiện khí tượng. Lưu vực sông Hồng nói chung Và sông Đà nói riêng nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa đông lạnh và khô, mùa hè nóng và mưa nhiều Nhiệt độ không khí : Nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm sông Đà dao động từ 21 - 23o Địa hình càng lên cao thì nhiệt độ càng giảm có thể hạ thấp tới 18oC. Theo tài liệu quan trắc thì nhiệt độ lớn nhất tại trạm khí tượng Lai Châu là 40,6o và nhỏ nhất tuyệt đối tại trạm khí tượng Sơn La là 0,5 oC Độ ẩm không khí : Độ ẩm tuyệt đối không khí trung bình nhiều năm , theo trạm khí tượng thuỷ văn Lai Châu và Sơn La được xác định vào khoảng 20 - 30 Mb . Độ ẩm tương đối giao động từ 81 - 83 % - Lớn nhất đạt 100 % - Nhỏ nhất đạt 20 % Lượng bốc hơi : Theo tài liệu quan trắc trên sông Đà cho thấy lượng bốc hơi trong điều kiện khí hậu ẩm không lớn , theo tài liệu quan trắc của trạm Sơn La : - Tổng lượng bốc hơi năm đạt khoảng 936 mm - Lượng bốc hơi lớn nhất vào tháng III là 123 mm - Lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng VIII là 55,4 mm Chế độ gió : Tốc độ gió trung bình hàng năm trên lưu vực sông đà theo tài liệu khí tượng của trạm khí tượng Sơn La và Lai Châu là 1 - 2 m/s Chế độ gió mùa lưu vực sông Đà chia 2 mùa rõ rệt : - Mùa đông trùng với gió mùa đông bắc, kéo dài từ tháng X đến tháng III năm sau với thời tiết lạnh , khô và ít mưa do ảnh hưởng gió mùa châu á chuyển động từ phía Bắc xuống - Mùa hè trùng với gió Tây Nam kéo dài từ tháng V đến tháng IX với thời tiết nóng, ẩm và mưa nhiều. đây là thời kỳ gió mùa châu á áp thấp thịnh hành Tốc độ gió ứng với tần suất thiết kế : Bảng 1.2 Tần suất , P%  Tốc độ gió , m/s   2%  40   4%  35   50%  20   Chế độ mưa : Mưa trên lưu vực sông Đà phân bố không đều , phụ thuộc vào nhiều yếu tố tác động trong đó đặc biệt là độ cao địa hình và hướng núi Tổng lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sông Đà tính đến tuyến công trình thủy điện Sơn La được đánh giá vào khoảng 1800 mm Theo lài liệu quan trắc nhiều năm cho thấy lượng mưa ngày lớn nhất tại Sơn La đạt 198 mm , Lượng mưa trong 5 tháng mùa mưa chiếm đến 88% tổng lượng mưa cả năm. mưa lớn thường tập trung vào 3 tháng VI , VII, VIII với tổng lượng mưa trung bình mỗi tháng đều vượt quá 150 mm Thời kỳ mùa lũ số ngày mưa có thể đạt trên 100 – 140 ngày và chủ yếu tập trung vào 2 tháng VII, VIII trung bình mỗi tháng đạt khoảng 18 -20 ngày mưa , có thể đạt tới 29 ngày trong 1 tháng -Tổng lượng mưa năm tại Sơn La 1483 mm -Tổng lượng mưa mùa lũ là 1126 mm -Tổng lượng mưa mùa kiệt là 312 mm 1.4.4. 2. Các đặc trưng yếu tố thuỷ văn. Chế độ gió mùa trên sông Đà đã định ra trong năm hai mùa nước rõ rệt : Mùa lũ tương ứng với mùa hè và mùa kiệt tương ứng với mùa đông . Do ảnh hưởng của địa hình và khí hậu sự phân bố dòng chảy sông Đà là không đều. Các sông suối bên bờ trái có lượng nước lớn hơn bờ phải , môdun dòng chảy trung bình nhiều năm biến đổi từ 40 l/s km2 - 70 l/s km2. Một đặc điểm quan trọng của sông Đà là hình thành dòng chảy lũ lớn vào tháng VII, VIII do ảnh hưởng của áp thấp ấn Miên Lưu lượng lũ ứng với tần suất thiết kế tại tuyến phương án Vinh II Bảng 1.3 : Tần suất thiết kế P( % )  Lưu lượng lũ Q (m/s3 )   0,01 %  47.200   0,1 %  28.200   1 %  19.400   3%  16044   5 %  14.500   10 %  12.600   Lũ lớn nhất có thể xảy ra ( lũ PMF ) có lưu lượng Q = 60.000 m3/s Bảng quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu tuyến PA Vinh II Bảng 1.4 : TT  Q(m/s2)  Z(m)  TT  Q(m/s2)  Z(m)  TT  Q(m/s2)  Z(m)   1  0  111,13  31  4250  118,95  61  20113  129,18   2  17  111,50  32  4500  119,21  62  21128  129,67   3  57  112,00  33  4750  119,44  63  22164  130,16   4  110  112,5  34  5000  119,68  64  23043  130,58   5  140  112,75  35  5250  119,9  65  24117  131,07   6  183  113  36  5500  120,12  66  25029  131,48   7  237  113,25  37  5750  120,32  67  26141  131,98   8  340  113,6  38  6000  120,53  68  27083  132,39   9  395  113,75  39  6250  120,73  69  28040  132,8   10  440  113,85  40  6500  120,94  70  29010  133,21   11  500  113,97  41  6750  121,13  71  30194  133,71   12  523  114  42  7000  121,33  72  31195  134,12   13  536  114,02  43  7250  121,51  73  32006  134,45   14  680  114,25  44  7500  121,71  74  33033  134,86   15  750  114,36  45  7750  121,9  75  34073  135,27   16  792  114,43  46  8000  122,08  76  35126  135,68   17  1000  114,75  47  8250  122,26  77  36193  136,1   18  1065  114,84  48  8500  122,44  78  37057  136,43   19  1250  115,12  49  8750  122,61  79  38149  136,84   20  1500  115,49  50  9000  122,78  80  39032  137,17   21  1750  115,85  51  10030  123,49  81  40147  137,58   22  2000  116,22  52  11270  124,31  82  41050  137,91   23  2250  116,56  53  12600  125,14  83  42189  138,32   24  2500  116,9  54  13300  125,55  84  43111  138,65   25  2750  117,22  55  14790  126,37  85  44041  138,98   26  3000  117,54  56  15620  126,79  86  45215  138,39   27  3250  117,84  57  16116  127,12      28  3500  118,14  58  17041  127,61      29  3750  118,41  59  17988  128,1      30  4000  118,69  60  19120  128,68      Đường quan hệ lưu lượng và mực nước :
 Hình 1.2 - Đường quan hệ lưu lượng và mực nước trong sôn Bảng 1.5: Bảng xác định lưu lương lũ thiết kế tại tuyến Pa Vinh II Tuyến  Qomax  Cv  Cs  Qmax , P% ( m3/s )       0,01 (Có gia tăng)  001  0,05  0,1  1  5  10   Pa Vinh  8930  0,34  6.Cv  47200  39800  31500  28200  19400  14500  12600   Bảng 1.6: Bảng tính toán lưu lương lũ thiết 12 tháng tại tuyến Pa Vinh II. Tháng  QP%( m3/s )    0,5%  1%  3%  5%  10%  20%   I  2066  1803  1418  1261  1063  877   II  1896  1630  1237  1090  897  728   III  2781  2291  1624  1359  1049  767   IV  1962  1780  1497  1363  1174  976   V  8807  7866  6345  5621  4608  3550   VI  12515  11434  9753  8913  7782  6562   VII  18165  16719  14295  13138  11580  9990   VIII  20828  18836  15676  14244  12236  10196   IX  12473  11160  9138  8203  7003  5780   X  9329  8196  6498  7582  4828  3904   XI  9150  7870  6008  5206  4141  3124   XII  3912  3355  2563  2227  1796  1380   I - IV  3110  2734  2141  1886  1565  1262   X I - V  9641  8680  7159  6464  5470  4450   XI I - IV  3992  3537  2833  2521  2110  1719   Bảng 1.7 : Quan hệ Z ~ F ~ W của hồ chứa TT  Z (m )  F ( km2)  W ( 106.m3 )  TT  Z (m )  F ( km2)  W ( 106.m3 )   1  111  0,00  0,00  10  200  176,87  6264,68   2  120  6,86  18,81  11  210  206,45  8192,73   3  130  15,61  112,50  12  220  242,11  10458,75   4  140  30,60  292,99  13  230  276,95  13087,10   5  150  53,44  670,75  14  240  316,57  16094,12   6  160  75,07  1319,25  15  250  365,97  19519,81   7  170  95,28  2193,70  16  260  420,19  23380,86   8  180  118,24  3288,40  17  270  460,67  27687,80   9  190  144,56  4637,01      
Hình 1.3 - Đường quan hệ giữa cao trình mực nước ( Z , m) và diện tích mặt thoáng ( F , km2)của hồ chứa Sơn La
Hình 1. 4 - Đường quan hệ giữa cao trình mực nước ( Z , m ) và dung tích hồ chứa ( W , 106.m3 ) của hồ chứa Sơn La Bảng 1.8 Đương quá trình lũ đến. T(h)  Q(m3/s)  T(h)  Q(m3/s)  T(h)  Q(m3/s)   0  2500  252  5100.00  504  13000   12  2400  264  6500.00  416  12000   24  2300  276  8500.00  528  11500   36  2400  288  10000.00  540  11000   48  2800  300  10100.00  552  10000   60  4090  312  10000.00  564  9500   72  4140  324  9500.00  576  9000   84  4610  336  10000.00  588  8000   96  5000  348  11000.00  600  6000   108  5330  360  12000.00  612  5500   120  5850  372  15000.00  624  5000   132  6210  384  19400.00  636  4900   144  5640  396  15000.00  648  4800   156  5000  408  14000.00  660  4700   168  4900  420  14500.00  672  4000   180  4800  432  14700.00  684  3000   192  4700  444  15000.00  696  2800   204  4900  456  16000.00  708  2700   216  4950  468  17000.00  720  2600   228  5000  480  15340.00     240  5050  492  14000.00    
Hình 1.5. Biểu đồ đường quá trình lũ đến. Nhận xét: Qua tài liệu về thuỷ văn và dòng chảy ta thấy , lưu lượng mùa lũ và mùa kiệt trên Sông Đà chênh lệch nhau rất lớn, nếu lấy cùng tần suất là P = 5% ( Qlũ5% = 14500m3/s và Qkiệt5% = 2550m3/s ) thì lưu lương mùa lũ và mùa kiệt chênh nhau đến 6 lần, vì thế khi chọn thời đoạn dẫn dòng thi công thì nên chọn theo mùa. Mặt khác ta thấy lưu lượng thiết kế mùa lũ là rất lớn vì vậy nếu sử dụng công trình tạm để dẫn dong thi công thì quy mô và kích thước phải rất lớn dẫn đến chi phí xây dưng tăng cao, tốt nhất ở đây công trình của ta là bê tông nên có thể tận dụng công trình chính kết hợp làm công trình dẫn dòng bằng cách cho tràn qua đập xây dở hoặc sử dụng các lỗ trong thân đập sau đó lấp dần khi đập lên cao. Điều kiện kinh tế xây dựng. Điều kiện cung cấp vật liệu xây dựng Vật liệu xây dựng được sản xuất tại Việt Nam bao gồm: - Xi măng, clanhk