ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐẠP VÀ HỒ CHỨA THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

Chọn tuyến đập: Theo quan sát bình đồ đầu bài A ta thấy hai bên bờ sông có hai ngọn đồi cao 50m rất thíchhợp cho việc bố trí tuyến đập để dâng nước phía thượng lưu làm hồ chứa nước do

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐẬP VÀ HỒ CHỨA

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

-A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC

I Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau:

1 Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác

2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân

3 Kết hợp nuôi cá ở long hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch

II Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối

1 Một đập chính ngăn sông

2 Một đường tràn tháo lũ

3 Một cống đặt dưới đập để lấy nước

III.Tóm tắt một số tài liệu cơ bản

1 Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập

2 Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích long sông

cho ở bảng 1 Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hóa dày 0,5�1m

3 Vật liệu xây dựng

a, Đất: Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3, cự ly 800m);

loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1 Điều kiện khai thácbình thường

Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ để làm thiết bị chống thấm

b, Đá: khai thác ở vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập,lát mái Một số chỉ tiêu cơ lý: =320; n=0,35 (của đống đá);  k=2,5 T/m3 (của hon đá)

c, Cát, sỏi: Khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc

Độ ẩmW%

 k(T/m3)

K (m/s)

Tựnhiên

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D (bảng 3); ứng với MNLTK: D’= D + 0,3km.

- Đỉnh đập có đường giao thông chính chạy qua

5 Tài liệu thiết kế cống

- Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT và MNC (Qtk): Bảng 3

- Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Bảng 3

- Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; độ dốc đáy: i = (3-5)x10-4.Bảng 3- Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm

MựcnướcđầukệnhD

(km)

MNC(m)

MNDBT(m)

Bìnhthườngứng vớiMNLTK

Max ứngvớiMNLKT

KhiMNC

QTK

KhiMNDBT

B NỘI DUNG THIẾT KẾ

B.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

I Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau:

1.Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác

2.Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân

3.Kết hợp nuôi cá ở long hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch

II Chọn tuyến đập:

Theo quan sát bình đồ đầu bài A ta thấy hai bên bờ sông có hai ngọn đồi cao 50m rất thíchhợp cho việc bố trí tuyến đập để dâng nước phía thượng lưu làm hồ chứa nước do đó ta lựachọn tuyến đập đất có tim đập nối liền hai đỉnh ngọn đồi có chiều cao 130m này, có tuyến timđập là A-A theo trên bình đồ vùng tuyến đập đã cho trước

2

III Chọn loại đập: Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích long sông là đất tương đối

dày ổn định về mặt cường độ Về vật liệu địa phương chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữlượng 800.000m3 cự ly 800m), B (trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng1.000.000m3, cự ly 1km) Điều kiện khai thác dễ, thuận tiện cho việc thi công Vì vậy ta quyếtđịnh chọn loại đập đất đồng chất

Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đãcho ta thấy trữ lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4km là khá nhiều, chấtlượng tốt Đủ làm vật liệu chống thấm Do vậy ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm dạngtường nghiêng + chân răng thượng lưu

Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngược và bảo vệ mái sau khilàm xong đập đất

Ưu điểm của đập đất:

- Đập đất thi công đơn giản, dễ dàng, nhanh chóng

- Tận dụng vật liệu địa phương gần nơi thi công (Đất, đá có trữ lượng lớn)

- Giá thành rẻ

- Đập đất tương đối ổn định chống động đất tốt…

Mặt cắt địa chất tuyến đập

IV Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

1 Cấp công trình: Xác định từ 2 điều kiện:

a, Theo chiều cao công trình và loại nền (tra bảng P1-1, phụ lục 1):

Sơ bộ chọn cao trình đỉnh đập là: � đỉnh đập = MNLTK + d = MNDBT + HTK + d

Chọn d = 2m (lấy trong khoảng d =1,5�3m); HTK = 3m

� �đỉnh đập = 42,0 + 3 + 2 = +47,0 m

Quan sát bình đồ ta thấy:

Cao trình đáy đập là: � đáy đập= +0 m (đã trừ 1m đất phong hóa phải bóc bỏ)

�Chiều cao đập đất sơ bộ chọn là: Hđ = � đỉnh đập - � đáy đập = 47 – 0 = 47 m.

vật liệu đất ta có cấp công trình là cấp I

b, Theo năng lực phục vụ công trình (tra bảng P1-2, phụ lục 1):

- Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác

- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân

- Kết hợp nuôi cá ở long hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch

�Hệ thống thủy nông có diện tích được tưới 2650 ha thuộc (2�10x103 ha) nên �Cấp III

�Vậy từ 2 điều kiện trên ta xác định được Công trình cấp I.

2 Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình Cấp I ta có được:

- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất, tra bảng 4 – Tần suất lưu lượng, mực nước thiết kế

và kiểm tra công trình Thủy lợi (QCVN 04-05/2012), ta được tần suất thiết kế: P = 0,5%

- Hệ số tin cậy kn, tra phụ lục B – Tính toán hệ số an toàn chung của công trình và hạng mụccông trình (QCVN 04-05/2012) ta được kn = 1,2

4

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất tra bảng 3 – Tần suất gió thiết kế (QCVN

h và h’ – độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;

hsl và hsl’ – chiều cao song leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất

và gió bình quân lớn nhất;

a, a’ và a” – độ vượt cao an toàn

Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số lớn nhất trong các kết quả tính theo (2-1); (2-2) và (2-3)

Theo TCVN 8421-2010, hs1% xác định như sau:

- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu: (H > 0,5 )

- Tính các đại lượng không thứ nguyên gt

0,008219,6

Kiểm tra lại sóng nước sâu: H > 0,5

H = 42(m) > 0,5 = 0,5.15,3 = 7,65(m) �Giả thiết sóng nước sâu là đúng

Sơ bộ chọn hệ số mái thượng lưu: m1 = 0,05 Hđ + 2,0 = 0,05.47 + 2,0 = 4,35 (m)

Sơ bộ chọn hệ số mái hạ lưu: m2 = 0,05 Hđ + 1,5 = 0,05.47 + 1,5 = 3,85 (m)

Xác định  h’, hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’=15,5 m/s:

+ Xác định  h’ theo công thức:

K’1 , K’2, K’3, K’4 K’ - Các hệ số.

- Xác định h’s1%:

- Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu H’ > 0,5 '

- Tính các đại lượng không thứ nguyên:

13670

4, 2'

93,91

'1,52'

Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 '

H’ = 45 > 0,5.9 = 4,5 (m) �Đúng như giả thiết

- Hệ số K’1, K’2 tra ở bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đốitrên mái Tra bảng 6 - Độ nhám tương đối (TCVN 8421-2010) chọn gia cố mái bằng bản bêtông với  = 0,02:

- Hệ số K’3 tra bảng 7 – Giá trị hệ số mái K theo vận tốc (TCVN 8421-2010)

Chọn sơ bộ hệ số mái: mt = 4,35 và vận tốc gió Vgió = 15,5 m/s > 10 m/s

 K’3 = 1,3

- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái mt = 4,35 và trị số

% 1 SL

' h

Chọn cao trình đỉnh đập: Zđ = max(Z1, Z2, Z3) = max(45,58; 46,84; 46,8) = 46,84 (m)

Kiểm tra: Hđ = Zdinhdap - Zđ = 46,84 – 0 = 46,84 (m)

Vậy đối với công trình là công trình cấp I chọn B = 10 (m) (Chưa bao gồm tường nghiêng)

II Mái đập và cơ đập

1 Mái đập:

Sơ bộ định hệ số mái như sau:

+ Mái thượng lưu: m1 = 0,05Hđ + 2,0 = 0,05.46,84 + 2 =4,342

+ Mái hạ lưu : m2 = 0,05Hđ + 1,5 = 0,05.46,84 + 1,5 = 3,842

và phong chống lũ sau này.

- Đập cao 46,84 (m) > 10 (m) nên bố trí cơ ở mái hạ lưu

- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20 (m) Bố trí cơ ở cao trình 30 (m)

- Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m Chọn Bcơ = 3m

III Thiết bị chống thấm.

Theo tài liệu cho thấy, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bịchống thấm cho thân đập và cho nền

Theo tài liệu mặt cắt địa chất tuyến đập ta có chiều dày tầng thấm T = 3 (m) < 5 (m)

Do chiều dày tầng thấm tương đối mỏng nên ta chọn thiết bị chống thấm kiểu tườngnghiêng chân răng

1 Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:

a) Chiều dày tường nghiêng:

b) Cao trình đỉnh tường nghiêng:

Chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu và được xác định theo cấp công trình

Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng  cao trình đỉnh đập đất

c) Chiều dày chân răng:

Chọn như đối với đáy tường nghiêng Ngoài ra con đảm bảo điều kiện nối tiếp đều đặngiữa tường nghiêng với chân răng

10

IV Thiết bị thoát nước thân đập.

Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập

1 Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước

- Chiều sâu nước hạ lưu:

HHL max = MNHLmax - Zđáy = 11,7 - 0 = 11,7 (m)

HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 9,5 - 0 = 9,5 (m)

Mực nước hạ lưu tại vị trí công trình không quá lớn nên trong trường hợp này ta chọnhình thức thoát nước kiểu lăng trụ

- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max thường từ 1-2m, đảm bào

- Do đó chiều cao lăng trụ Hlăng trụ= 11,7 + 1,5 = 13,2 (m)

- Bề rộng đỉnh lăng trụ b =3m

- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá m’ =1,5 Mặttiếp giáp của lăng trụ với đập và nền là các tầng lọc ngược

2 Đoạn sườn đồi: Hạ lưu không có nước

Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước, ta chọn thoát nước kiểu áp mái, phủ trực tiếp lênthân mái đập, cao hơn điểm ra của đường bão hoa 1 (m), cấu tạo của kiểu thoát nước áp máidạng tầng lọc ngược, lớp ngoài cùng là đá hộc

Sơ đồ đập đất đồng chất có tường nghiêng chân răng

B.3 TÍNH TOÁN THẤM QUA THÂN ĐẬP VÀ NỀN.

I Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán

1 Nhiệm vụ tính thấm

- Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và nền

- Xác định đường bảo hoa trong thân đập

- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền

2 Các trường hợp tính toán: Chúng ta cần tính thấm với các trường hợp làm việc khác

nhau của đập và nền

- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước; thiết bị chống thấm, thoát nước làmviệc bình thường;

- Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước tương ứng

- Thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là mực nước tương ứng

- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột

- Trường hợp thoát nước làm việc không bình thường

Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng thượng lưu

3. Các mặt cắt tính toán: yêu cầu tính với 5 mặt cắt đại biểu:

- 3 mặt cắt long sông (chỗ tầng thấm dày nhất) ứng với 3 mực nước: MNDBT; MNLTK vàMNLKT

- 1 mặt cắt sườn đồi (đập trên nền không thấm) ứng với MNDBT

II Tính thấm cho mặt cắt lòng sông:

1) Lưu lượng thấm: Dùng phương pháp phân đoạn để tính, ta có hệ phương trình sau để xác

định lưu lượng thấm q và độ sâu h3:

 : chiều dày trung bình của thường nghiêng;  = 6,2 (m)

t : chiều dày của chân răng; t = 23,36 (m)

T :chiều dày tầng thấm sau khi bóc bỏ lớp vỏ; T = 3 (m)

a) Tính với TH1: Thượng lưu là MNDBT h1 = 42 (m); hạ lưu không có nước h2 = 0

L = m1.Hđ + Bđập + m2.(Hđ – Hcơ) + Bcơ + m2.(Hcơ – Hlăngtrụ) - m’.Hlăngtrụ

h

(2)

Do lưu lượng thấm qua đập là không đổi � q1= q2

Sử dụng phương pháp thử dần từ (1) và (2) lập bảng Excel ta tính được: q = 2,37.10-6 (m3/s)

h3= 11,65 (m)

�a0= 0,74 (m)

Sơ đồ thấm qua tường nghiêng + chân răng

+ Phương trình đường bão hoa:

2

5

6 2

- Với thân đập, cần bảo đảm điều kiện:

Jkđ [Jkđ]Trong đó:

14

Vậy: Jk < [Jk] � Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập.

- Với nền đập, cần đảm bảo điều kiện:



[Jk] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình

Tra bảng 5 - ta được [Jk] = 0,55

Do lưu lượng thấm qua đập là không đổi � q1= q2

Sử dụng phương pháp thử dần từ (1) và (2) lập bảng Excel ta tính được: q = 2,61.10-6 (m3/s)

h3= 15,38 (m)

� a0= 0,06 (m)

Sơ đồ thấm qua tường nghiêng + chân răng

+ Phương trình đường bão hoa:

2

5

6 2

Do lưu lượng thấm qua đập là không đổi � q1= q2

Sử dụng phương pháp thử dần từ (1) và (2) lập bảng Excel ta tính được: q = 2,74.10-6 (m3/s)

h3= 17(m)

16

� a0= 0,05 (m)

Sơ đồ thấm qua tường nghiêng + chân răng

+ Phương trình đường bão hoa:

2

5

6 2

III Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi: (sơ đồ đập có tường nghiêng)

Với mặt cắt sườn đồi tính theo sơ đồ đập trên nền không thấm, thượng lưu là MNDBT, hạ lưukhông có nước, thoát nước kiểu áp mái

Chọn 2 mặt cắt tính toán:

+ Mặt cắt sườn đồi trái, tính toán tại cao trình +13,84 (m)

+ Mặt cắt sườn đồi phải, tính toán tại cao trình +14,77 (m)

1 Mặt cắt sườn đồi trái, tính toán tại cao trình +13,84 (m)

Do lưu lượng thấm qua đập là không đổi �q1q2 q3

Thay các giá trị trên vào hpt (*) ta được:

h a q

h a a

 

6 3

0 3

�Vậy lưu lượng thấm là: q1 = 1,04.10-6 (m3/s).

�Độ cao hút nước là: a0 = 0,47 (m) = 47 (cm)

�Chiều cao : h3 = 7,16 (m)

b Đường bão hoa:

Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:

Do lưu lượng thấm qua đập là không đổi �q1q2 q3.

Thay các giá trị trên vào hpt (**) ta được:

h a q

h a a

 

7 3

0 3

�Vậy lưu lượng thấm là: q2 = 9,7.10-7 (m3/s)

�Độ cao hút nước là: a0 = 0,437 (m) = 43,7 (cm)

�Chiều cao : h3 = 7,015 (m)

b Đường bão hoa:

Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:

Jk = 3

1 3

7,015

0,028285,6 4,5.7,015

q = 1,04.101 -6m s m3 / lưu lượng thấm qua mặt cắt sườn trái

q = 2,37.102 -6m s m3 / lưu lượng thấm qua mặt cắt long sông

q =9,7.103 -7m s m3 / lưu lượng thấm qua mặt cắt sườn phải

L L L L lần lượt là khoảng cách giữa các mặt cắt Dựa vào mặt cắt long sông xác định khoảng 1, , ,2 3 4

� 5, 26.10 4m s3/

B.4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP

I/ Trường hợp tính toán

Theo quy phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định các trường hợp sau:

1 Cho mái hạ lưu.

- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bịchống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)

- Khi thượng lưu có MNLTK, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị pháhoại (tổ hợp đặc biệt)

2 Cho mái thượng lưu

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (cơ bản)

- Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập) tổhợp cơ bản

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợpđặc biệt)

II Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt

1 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.

Sử dụng 2 phương pháp:

a) Phương pháp Filennít:

- Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình vẽ

- Các trị số và  phụ thuộc vào hệ số mái:

4.(46,84 30) 3 (30 13, 2).4 3 1,5.13, 2

3, 446,84 0

Sơ đồ xác định đường MM1

b Phương pháp Fanđeeps

- Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ

- Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập Hđ, tra ở bảng 6-6 giáo trìnhthủy công Với m = 3,4

r/H = 1,2  r = (r/H).H = 1,2.46,84 = 56,21 (m)

- Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất lànằm lân cận đoạn AB Trên đó ta giả thiết các tâm O1, O2, O3 Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q1

ở đỉnh lăng trụ thoát nước phía thượng lưu, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định

- K1, K2, K3 cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác định đượctrị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng AB Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đườngthẳng N-N vuông góc với đường MM1 Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác vách các cung cũng

đi qua điểm Q1 ở đỉnh lăng trụ thoát nước phía thượng lưu Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ trị số

K, theo tâm O ta xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở đỉnh lăng trụ thoát nước phía thượng lưu.Với các điểm Q2, Q3 ở trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số Kmin tươngứng Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với các điểm ra của cung Qi ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1