Thiết Kế Cải Tạo Nâng Cấp Trạm Bơm Tiêu Nước Vân Đình Ứng Hòa Hà Nội

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH

-------  --------

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CẢI TẠO NÂNG CẤP TRẠM BƠM TIÊU

NƢỚC VÂN ĐÌNH – ỨNG HOÀ – HÀ NỘI

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình

Mã ngành: 105

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Phạm Quang Thiền

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Hiền Phuơng

Khoá học : 2007 – 2012

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 1

CHƢƠNG 1:TÌNH HÌNH CHUNG CỦA HỆ THỐNG.............................. 3

1.1.Điều kiện tự nhiên của hệ thống ......................................................................3

1.1.1. Vị trí điạ lý, diện tích...................................................................................3

1.1.2. Đặc điểm địa hình........................................................................................3

1.1.3. Đất đai thổ nhưỡng ......................................................................................3

1.1.4. Điều kiện khí tượng .....................................................................................4

1.1.5. Điều kiện thủy văn.......................................................................................6

1.1.7. Nguồn vật liệu xây dựng..............................................................................8

1.1.8. Nguồn điện...................................................................................................9

1.1.9. Tình hình giao thông vận tải........................................................................9

1.2.Tình hình dân sinh kinh tế ...............................................................................9

1.2.1. Huyện Ứng Hòa...........................................................................................9

1.2.2. Huyện Thanh Oai.......................................................................................10

1.2.3. Huyện Phú Xuyên......................................................................................11

1.3.Hiện trạng hệ thống thủy lợi ..........................................................................12

1.3.1. Tình hình ngập úng trong khu vực và nguyên nhân..................................13

1.3.2. Biện pháp công trình thủy lợi và nhiệm vụ công trình đầu mối................13

1.4.Tài liệu thiết kế ..............................................................................................14

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT TRẠM BƠM ............................... 15

2.1.Xác định vị trí trạm bơm và bố trí tổng thể công trình đầu mối....................15

2.1.1. Vị trí trạm bơm ..........................................................................................15

2.1.2. Bố trí tổng thể công trình đầu mối.............................................................16

2.2.Xác định cấp công trình, tần suất thiết kế, kiểm tra ......................................18

2.2.1. Cấp công trình............................................................................................18

2.2.2. Tần suất thiết kế, kiểm tra..........................................................................18

2.3.Tính toán các yếu tố thủy văn khí tượng .......................................................18

2.3.1. Mục đích ....................................................................................................18

2.3.2. Tài liệu tính toán........................................................................................18

2.3.3. Phương pháp tính toán...............................................................................19

2.4.Tính toán lưu lượng trạm bơm.......................................................................22

2.4.1. Hệ số tiêu ...................................................................................................22

2.4.2. Xác định các loại lưu lượng cho trạm bơm ( Qtk, Qmin, Qmax )...................22

2.5.Thiết kế kênh dẫn, kênh tháo .........................................................................23

2.5.1. Thiết kế kênh tháo .....................................................................................23

2.5.2. Thiết kế kênh dẫn.......................................................................................25

2.6.Tính toán các mực nước.................................................................................26

2.6.1. Mực nước bể tháo ......................................................................................26

2.6.2. Mực nước bể hút........................................................................................28

2.7.Tính toán các cột nước của trạm bơm............................................................30

2.7.1. Cột nước thiết kế........................................................................................30

2.7.2. Cột nước nhỏ nhất trong trường hợp kiểm tra ...........................................31

2.7.3. Cột nước lớn nhất trong trường hợp kiểm tra............................................31

2.8.Chọn máy bơm...............................................................................................31

2.8.1. Nguyên tắc .................................................................................................31

2.8.2. Xác định quy mô trạm bơm và số máy bơm .............................................33

CHƢƠNG 3 : THIẾT KẾ NHÀ MÁY BƠM............................................. 36

3.1.Tính cao trình đặt máy...................................................................................36

3.2.Chọn kiểu nhà máy ........................................................................................36

3.3.Xác định hình dạng cấu tạo, kích thước các bộ phận của nhà máybơm........37

3.3.1. Cấu tạo móng và buồng ướt (tầng hút)......................................................37

3.3.2. Cấu tạo tầng bơm.......................................................................................39

3.3.3. Cấu tạo tầng động cơ .................................................................................40

3.4. Tính toán các kích thước cơ bản nhà máy ...................................................43

3.4.1. Xác định chiều cao nhà máy ......................................................................43

3.4.2. Xác định chiều rộng nhà máy.....................................................................43

3.4.3. Xác định chiều dài nhà máy ......................................................................46

CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH NGOÀI NHÀ MÁY...... 48

4.1.Thiết kế ống đẩy.............................................................................................48

4.2. Thiết kế bể hút...............................................................................................49

4.2.1. Phần mở rộng của đoạn kênh dẫn ..............................................................49

4.2.2. Đoạn nối tiếp giữa phần mở rộng và bể hút ..............................................50

4.2.3. Phần tập trung nước...................................................................................51

4.3.Thiết kế bể tháo..............................................................................................52

4.3.1. Cấu tạo bể tháo...........................................................................................52

4.3.2. Tính toán thủy lực bể tháo .........................................................................54

CHƢƠNG 5 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU VÀ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH... 57

5.1.Tính toán kết cấu............................................................................................57

5.1.1. Tính toán mái nhà máy ..............................................................................57

5.1.2. Tính toán khung nhà máy ..........................................................................59

5.1.3. Tính toán dầm đỡ động cơ.........................................................................62

5.1.4. Tính toán dầm cầu trục ..............................................................................63

5.2.Tính toán ổn định công trình..........................................................................67

5.2.1. Xác định hệ trục quán tính chính trung tâm ..............................................67

5.2.2. Lực tác dụng lên công trình.......................................................................68

5.3.Kiểm tra sức chịu tải của nền.........................................................................70

5.4.Xử lý nền........................................................................................................72

5.4.1. Chọn cọc ....................................................................................................72

5.4.2. Xác định sức chịu tải của cọc ....................................................................72

5.4.3. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc ..........................................................73

5.5.Kiểm tra trượt công trình ...............................................................................74

CHƢƠNG 6 : THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC HỆ THỐNG PHỤ VÀ HỆ THỐNG

ĐIỆN ........................................................................................................... 75

6.1.Thiết kế sơ bộ hệ thống điện..........................................................................75

6.1.1. Chọn sơ đồ đấu dây điện ...........................................................................75

6.1.2. Bố trí hệ thống điện ...................................................................................76

6.2.Tính toán hệ thống cao áp..............................................................................76

6.2.1. Chọn máy biến áp ......................................................................................76

6.2.2. Chọn dây dẫn cao thế.................................................................................78

6.2.3. Chọn các thiết bị đóng ngắt và bảo vệ chính.............................................78

6.3.Tính toán hệ thống điện hạ áp........................................................................81

6.3.1. Chọn dây dẫn .............................................................................................81

6.3.2. Chọn các thiết bị đóng ngắt và bảo vệ chính.............................................83

6.3.3. Chọn thiết bị điện tử từ tủ phân phối tới động cơ......................................86

6.4.Thiết kế sơ bộ các hệ thống phụ ....................................................................87

6.4.1. Thiết kế hệ thống tiêu nước trong nhà máy...............................................87

6.4.2. Thiết kế hệ thống thông gió.......................................................................91

6.4.3.. Bố trí hệ thống cứu hỏa.............................................................................97

CHƢƠNG 7: GIẢI PHÁP THI CÔNG, ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI

TRƢỜNG, DỰ TOÁN GIÁ THÀNH.............................................................. 98

7.1.Giải pháp thi công..........................................................................................98

7.1.1. Nguyên tắc thi công...................................................................................98

7.1.2. Yêu cầu kĩ thuật.........................................................................................98

7.1.3. Biện pháp xây dựng công trình..................................................................99

7.1.4. Tổ chức xây dựng ....................................................................................100

7.1.5. Tiến độ xây dựng .....................................................................................100

7.1.6. An toàn lao động và phòng chống cháy nổ .............................................101

7.2.Đánh giá tác động môi trường .....................................................................102

7.3.Dự toán giá thành.........................................................................................104

7.3.1. Căn cứ lập dự toán...................................................................................104

7.3.2. Phương pháp lập dự toán .........................................................................105

7.3.3. Tổng hợp kinh phí xây dựng công trình ..................................................106

KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 2 tháng thực tập và làm việc chăm chỉ tôi đã hoàn thành khóa

luận tốt nghiệp của mình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người

đã giúp đỡ tôi.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Phạm Quang Thiền, người

đã hướng dẫn, chỉ dạy tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Cơ điện &

Công trình, những người đã giảng dạy, trang bị cho tôi kiến thức trong suốt 5

năm học tập.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Xí Nghiệp Thủy Lợi Ứng Hòa, nơi tôi đã

thực tập cùng cán bộ, kĩ sư tại Trạm bơm Vân Đình đã nhiệt tình giúp đỡ và

cung cấp tài liệu cho tôi trong quá trình tìm hiểu về thiết kế trạm bơm.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới bố, mẹ, anh, chị và bạn bè, những

người luôn ở bên cạch động viên, tạo điều kiện cho tôi hoàn thiện bài khóa

luận này.

Sinh viên

Nguyễn Thị Hiền Phƣơng

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đất nước ta đang hòa mình vào quá trình hội nhập và phát triển kinh tế

của khu vực và thế giới. Theo đó, nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp

theo hướng sản xuất hảng hóa đảm bảo an ninh lương thực quốc gia là một

trong những mục tiêu quan trọng mà nhà nước ta đang phấn đấu thực hiện. Để

làm được điều đó thì nhiệm vụ đặt ra đối với công tác thủy lợi là cần giải

quyết một cách tối ưu nhu cầu về tưới và tiêu của ngành nông nghiệp. Vì vậy,

xây dựng các trạm bơm phục vụ tưới, tiêu cho các vùng là một trong những

yếu tố quan trọng góp phần đảm bảo ổn định trong sản suất nông nghiệp, khai

thác hợp lý tài nguyên đất và nước đáp ứng cho nhu cầu sinh hoạt của người

dân.

Đối với huyện Ứng Hòa – một huyện phía Nam của Hà Nội là một

vùng trũng với sản xuất nông nghiệp vẫn là chủ yếu, nguồn nước được lấy từ

sông Đáy và sông Nhuệ. Do vậy, huyện đã cho xây dựng các trạm bơm tưới,

tiêu để giúp nhân dân trong vùng yên tâm sinh hoạt và sản xuất.

Trạm bơm Vân đình thuộc địa phận huyện Ứng Hòa – Hà Nội là một

trong những công trình quan trọng của huyện, ngoài việc tiêu úng trong vùng

và Thành phố Hà Nội, trạm còn kết hợp tưới cho đất cach tác thuộc vùng cao

ven sông Đáy. Trạm bơm này được xây dựng từ năm 1987 và được hoàn

thành vào năm 1992. Đến nay, trạm đã đi vào hoạt động được 20 năm. Do

thời gian hoạt động khá lâu nên công trình đã có một số biểu hiện xuông cấp

như: phát sinh hiện tượng thấm, lún, các công trình phụ trợ hư hỏng, hệ thống

điện, trạm biến áp đã cũ không đảm bảo điện cung cấp. Ngoài ra, các máy

bơm trong nhà máy đã hoạt động khá lâu nên xuất hiện những hiện tượng han

rỉ, hỏng hóc, gây ra nhiều tiếng ồn và rung khiến cho công suất máy giảm, sức

khỏe công nhân bị ảnh hưởng khi làm việc trong nhà máy nhiều. Thêm vào

đó, những mùa mưa, nhà máy phải hoạt động tiêu úng cho Thành phố Hà Nội

trong nhiều ngày liền cũng khiến cho cán bộ kỹ sư và công nhân trong trạm

phải lao động vất vả để đảm bảo máy chạy liên tục không xảy ra hỏng hóc.

2

Xuất phát từ những lý do đó đã gây khó khăn trong phát huy năng lực công

trình và làm ảnh hưởng tình hình sản xuất nông vụ trong vùng những năm gần

đây.

Thực trạng của hệ thống trạm bơm Vân Đình phục vụ cho nông nghiệp

hiện nay xuống cấp, đã đến lúc chúng ta phải xem xét cải tạo nâng cấp để tăng

hiệu quả sử dụng và an toàn. Được sự đồng ý của Bộ môn Kỹ thuật công

trình, khoa Cơ điện & Công trình – Trường Đại học Lâm Nghiệp, với sự

hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo ThS. Phạm Quang Thiền, tôi thực hiện đề

tài tốt nghiệp: “Thiết kế cải tạo nâng cấp Trạm bơm tiêu nước Vân Đình –

Ứng Hòa – Hà Nội”. Đề tài gồm những nội dung sau:

Đặt vấn đề

Chương 1: Tình hình chung của hệ thống

Chương 2: Thiết kế kĩ thuật trạm bơm

Chương 3: Thiết kế nhà máy bơm

Chương 4: Thiết kế các công trình ngoài nhà máy

Chương 5: Tính toán kết cấu và ổn định công trình

Chương 6: Thiết kế sơ bộ hệ thống phụ và hệ thống điện

Chương 7: Dự toán giá thành

Kết luận – Tồn tại – Kiến nghị

3

CHƢƠNG 1

TÌNH HÌNH CHUNG CỦA HỆ THỐNG

1.1. Điều kiện tự nhiên của hệ thống

1.1.1. Vị trí điạ lý, diện tích

Ứng Hòa là một huyện phía nam của Hà Nội, phía Bắc giáp huyện

Chương Mỹ và Thanh Oai, phía Nam giáp huyện Duy Tiên và huyện Kim Bảng

(Hà Nam), phía Tây giáp huyện Mỹ Đức, phía Đông giáp huyện Phú Xuyên.

Trạm bơm Vân Đình ở huyện Ứng Hòa là trạm bơm thuộc hệ thống thủy

lợi sông Nhuệ. Trạm bơm được giới hạn bởi:

Phía Bắc giáp kênh chính La Khê, kênh N15 La Khê và tỉnh lộ 71;

Phía Đông giáp đê Sông Nhuệ;

Phía Nam giáp đê Sông Vân Đình;

Phía Tây giáp đê Sông Đáy.

Tổng diện tích của khu vực trạm là hơn 141.000 m

2

, trong đó:

Đất công trình thủy lợi gồm kênh và các công trình đầu mối: 135.000 m

2

;

Khu vực quản lý và các công trình phụ trợ: 2.700 m

2

;

Diện tích đất giao cho cán bộ, nhân viên sử dụng làm nhà ở: 1.800 m

2

.

1.1.2. Đặc điểm địa hình

Đây là một vùng trũng, có dạng địa hình lòng máng hướng dốc từ Tây sang

Đông và từ Bắc xuống Nam. Địa hình khu tiêu thấp ở phía đê sông Nhuệ và cao

dần về phía sông Đáy. Khu vực này bị kẹp bởi 2 con sông là sông Đáy và sông

Nhuệ. Mặt đất tự nhiên của khu vực này thấp hơn mực nước sông Đáy về mùa

lũ, do đó tạo ra một thủy thế hết sức bất lợi cho khu vực trong mùa lũ.

1.1.3. Đất đai thổ nhƣỡng

Đây là vùng đất canh tác đã được cải tạo nhiều năm, độ pH trung bình từ

56; thành phần mùn cao, đất đai màu mỡ. Nếu được tưới tiêu chủ động và áp

4

dụng tốt các biện pháp kĩ thuật nông nghiệp thì chắc chắn năng suất các loại cây

trồng sẽ đạt cao.

1.1.4. Điều kiện khí tƣợng

1.1.4.1. Đặc điểm khí hậu

Khí hậu khu vực mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa miền Bắc

Việt Nam. Mùa đông lạnh, cuối mùa ẩm ướt với hiện tượng mưa phùn, mùa hạ

nóng và mưa nhiều.

Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10.

Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau.

1.1.4.2. Lƣợng mƣa

Vùng có lượng mưa tương đối lớn, lượng mưa bình quân nhiều năm của

khu vực theo số liệu tính toán thống kê là 1554÷1836 mm với số ngày mưa

130÷140 ngày. Lượng mưa tăng dần từ bắc xuống nam. Các trận mưa lớn xảy ra

tương đối đồng đều. Do ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa nên lượng mưa

hàng năm phân bố không đều và được chia làm 2 mùa rõ rệt:

- Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm 70÷80% tổng lượng mưa cả

năm và chủ yếu tập trung vào 3 tháng 7,8,9;

- Mùa kiệt khô hanh, mưa ít, lượng mưa trung bình chỉ chiếm 10÷20%

tổng lượng mưa cả năm.

Lượng mưa trung bình 1 ngày lớn nhất 120-160mm;

Lượng mưa trung bình 3 ngày lớn nhất 180-230mm;

Lượng mưa trung bình 5 ngày lớn nhất 210-260mm;

Lượng mưa trung bình 7 ngày lớn nhất 230-280mm.

Ngoài ra, khu vực còn chịu ảnh hưởng của bão. Bão thường gây ra mưa

lớn, có khi đạt tới 400mm. Có thời kỳ mưa tới 5÷7 ngày liên tiếp gây nên tình

trạng úng ngập nghiêm trọng trong vùng. Lượng mưa thiết kế và mô hình mưa

thiết kế được ghi trong bảng 1.1 và 1.2.

5

 Bảng 1.1: Bảng lượng mưa thiết kế

P% X1(mm) X3(mm) X5(mm)

5 290,70 382,60 462,90

10 244,50 324,70 392,8

20 198,40 264,70 320,20

 Bảng 1.2: Bảng mô hình mưa thiết kế

P%

Lượng mưa ngày (mm)

1 2 3 4 5

X10% 3,25 244,5 47,7 37,0 31,1

X20% 27,0 198,4 39,3 30,2 25,3

1.1.4.3. Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình trong năm là 23,4

0C. Trong đó, tháng 12, tháng 1 và

tháng 2 nhiệt độ trung bình xuống thấp hơn.

Các tháng mùa hè nhiệt độ cao trung bình trên 250C.

1.1.4.4. Độ ẩm

Độ ẩm trung bình là 83÷85%.

Thời kỳ hanh khô độ ẩm xuống thấp hơn 80%.

1.1.4.5. Số giờ nắng

Số giờ nắng trung bình trong năm: 1.400 giờ.

Thời gian chiếu sáng vào mùa hè là từ 12-14 tiếng/ngày, mùa đông ít hơn

từ 6-7 tiếng/ngày.

1.1.4.6. Lƣợng bốc hơi

Về mùa khô lượng bốc hơi trung bình là 61,3mm.

Về mùa mưa lượng bốc hơi trung bình là 81,5mm.

1.1.4.7. Gió, bão

- Hướng gió và tính chất gió phân theo mùa: