Đồ án môn học thiết kế đập đất đồ án môn học thủy công

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỤC LỤC A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC 3 I Nhiệm vụ công trình 3 1 Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác 3 2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân 3 3 Kết hợp nuôi cá ở lòng, tạo cảnh quan môi.

MỤC LỤC

A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC : 3

I Nhiệm vụ công trình : 3

1 Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác 3

2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân 3

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

II Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối : 3

1 Một đập chính ngăn sông 3

2 Một đường tràn tháo lũ 3

3 Một cống đặt dưới đập để lấy nước 3

2 Địa chất 3

3 Vật liệu xây dựng 3

4 Đặc trưng hồ chứa và các thông số kỹ thuật: 5

B NỘI DUNG THIẾT KẾ 6

Phần 1: Thuyết minh 6

Phần 2: Bản vẽ 6

PHẦN 1: THUYẾT MINH 7

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 7

I Nhiệm vụ của công trình: 7

II Chọn tuyến đập: 7

III Chọn loại đập: 7

IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế: 8

1 Cấp công trình: 8

2 Chỉ tiêu thiết kế: 8

CHƯƠNG 2 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT 10

I Đỉnh đập: 10

1 Cao trình đỉnh đập: 10

2 Bề rộng đỉnh đập: 15

II Mái đập và cơ: 15

1 Mái đập: 15

2 Cơ đập: 16

III Thiết bị chống thấm 16

1 Chọn sơ bộ kích thước ban đầu: 16

IV Thiết bị thoát nước thân đập 17

1 Đoạn lòng sông: 17

Hình 1 18

2 Đoạn sườn đồi 18

Hình 2 18

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN 19

I Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán: 19

1 Nhiệm vụ tính toán: 19

2 Các trường hợp tính toán: 19

II Tính thấm cho mặt cắt lòng sông 20

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÁI ĐẬP 25

I Trường hợp tính toán 25

1 Cho mái hạ lưu 25

2 Cho mái thượng lưu 25

II Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt 25

1 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm 25

2 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ 27

3) Đánh giá tính hợp lý của mái: 33

CHƯƠNG 5 CẤU TẠO CHI TIẾT 34

I Đỉnh đập 34

II Bảo vệ mái đập 34

1 Mái thượng lưu 34

2 Mái hạ lưu: 35

III NỐI TIẾP ĐẬP VỚI NỀN VÀ BỜ 35

1 Nối tiếp đập với nền 35

2 Nối tiếp đập với bờ 35

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 36

Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau đây:

1 Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác

2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân

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

II Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối :

-Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ; chỉ tiêu cơ lý ở của lớp bồi tích lòng sông cho

ở bảng 1 Tầng đá gốc rắn trắc , mức độ nứt nẻ trung bình lớp phong hoá dầy 0,5-

- Điều kiện khai thác bình thường

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

b) Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn , chất lượng đảm bảo

- Một số chỉ tiêu cơ lý :  =32o ; n =0,35 ( của đống đá ) ; k = 2,5 T /m3 (của hòn

Độ

ẩm W%

(T/m3)

k(m/s)

Tự nhiên

Bão hòa

Tự nhiên

Bão hòaĐất đắp đập

20

221824

23

173026

20

132722

3,0

5,001,0

2,4

3,000,7

1,62

1,581,601,59

0,050,353,00

0,080,405,00

4 Đặc trưng hồ chứa và các thông số kỹ thuật:

- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3

- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m

- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT:

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua

Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất

B NỘI DUNG THIẾT KẾ

- Cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu);

- Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thềm sông;

- Các cấu tạo chi tiết

PHẦN 1: THUYẾT MINH

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

I Nhiệm vụ của công trình:

Lưu vực của dòng sông S là một vùng đất rộng lớn Mà nhu cầu về nước của vùng này rất lớn Do vậy vấn đề cấp nước cho sản xuất là rất cần thiết Chính vì vậy ta phải tạo ra một hồ chứa H trên sông S Hồ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác và kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, cấp nước phục vụ sinh hoạt cho 5000 dân và tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch

Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu mối đó là:

III Chọn loại đập:

Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối mỏng Về vật liệu địa phương chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1Km) Điều kiện khai thác dễ, thuận tiện cho việc thi công Vì vậy ta chọn loại đập đất

Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đã cho ta thấy trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km làkhá nhiều, chất lượng tốt Đủ làm vật liệu chống thấm Do vậy ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm.

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

IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tưới cho 2650ha

Tra Bảng 1: Phân cấp công trình thủy lợi

- Hệ số tin cậy Kn : Tra QCVN 04-05/BNNPTNN ta có Kn = 1,20

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất TCVN 8216-2009 thiết kế đập đất đầm nén

- Theo quan hệ tài liệu :

P = 50% V = 12m/s : MNLTK

CHƯƠNG 2 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.

và ’ : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;

hsl và hsl’ : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất

Trong đó: hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; K1, K2 - các hệ số phụ thuộc

độ nhám tương đối  /h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; K3 - hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4; K4 - hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3

Xác định hs1%

- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H 0,5

- Tính các giá trị không thứ nguyên

Vậy sóng là sóng nước sâu.

Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau :

vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là

 s góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió

tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy ‘ = 0 cos‘ =1

thay các số vào công thức ta tính được h’

Xác định hsl1%’ theo Tcvn 8421 – 2010_ công trình thủy lợi – tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu

Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H’  0,5 ’ )

Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :

Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :

+ ứng với

+ ứng với

ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là:

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

H’ = 35,5 > 0,5 11,30 = 5,65 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết

Tính h’s1% = K1%

Trong đó:

Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng

II Mái đập và cơ:

- Đập cao 37,5m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu

- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m

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

chiều dầy thực của tầng thấm là T = 4 - 0,5 = 3,5m < 5m Ta chọn phương án:

Dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng chân răng

1 Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:

a) Chiều dày tường nghiêng

c) Chiều dày chân răng:

Chọn như đối với đáy tường nghiêng Ngoài ra còn đảm bảo điện kiện nối tiếp đều đặn giữa tường nghiêng với chân răng

chiều dày chân răng phía trên là:

Chọn chiều dầy phía dưới đáy cắm xuống

với mcr (0,70,75) mcr : hệ số mái của chân răng

chọn mcr = 0,75

Từ hình vẽ ta tính được t2 = t1 - 2.0,75.T ( với T = 3,5 )

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:

HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 7,5-0 = 7,5 m

Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta

chọn thoát nước kiểu lăng trụ

- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2)m

2 Đoạn sườn đồi

-Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước

Ta chọn thoát nước kiểu áp mái.

Hình 2

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN

I Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán:

1 Nhiệm vụ tính toán:

- Xác định lưu lượng thấm q

- Xác định đường bão hòa trong đập

- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền

2 Các trường hợp tính toán:

Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập

- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng

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

- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột

- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường

- Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng

Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng

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

II Tính thấm cho mặt cắt lòng sông

Sơ đồ như hình vẽ :

Hình 3

a Xác định lưu lượng thấm:

Trong đó:

Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5 m/s

: Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m

t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 18 m

H2 = 7,5 m

m: Hệ số mái thượng lưu = 4

[Jkđ] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep.

Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha

ta được [Jk] = 0,65

Vậy Jkđ < [Jkđ] Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:

Jk [Jk ]

Trong đó:

[Jkn] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep Tra bảng P3-2 tra theo loại đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [Jk] = 0,28

III Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi :

Sơ đồ của mặt cắt sườn đồi là đập trên nèn không thấm, hạ lưu không có nước, thoátnước kiểu áp mái

c) Kiểm tra độ bền thấm:

Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ [Jkđ]

Trong đó:

Vậy Jk < [Jk] [Jk] tra ở trên

Vậy độ bền thấm được đảm bảo

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÁI ĐẬP

I Trường hợp tính toán

Theo quy phạm, khi thiết kế đập đát, 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

bị chống 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 phá hoại (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)

tổ hợp cơ bản

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

II Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt.

1 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.

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 bảng6-6 giáo trình thủy công Với m = 3,5

Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB Trên đó ta giả thiết các tâm O1, O2, O3 Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q1 ở chân đập, 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 được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng MB Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đường thẳng 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 chân đập 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 chân đập.Với các điểm Q2, Q3 ở trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số Kmin tương ứng 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 chomái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1 ở chân đập

2 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ

Theo công thức của Ghecxevanốp: Với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lựcthấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm

Sơ đồ hình:

Chia khối trượt thành các dải có số dải là n

chiều rộng mỗi dải là b

trong đó b được xác định như sau : b = R/m

trong đố m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 20}

chọn m = 10

Ta có công thức tính toán sau: K =

Trong đó: Là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n

( với đất trên sân nền bão hòa: Lấy tn ; còn dưới đất đường bão hòa lấy theo

3 = wthiết bị thoát nước = kđá = 2,5(T/m3)

4 = bhthiết bị thoát nước = kđá +n n = 2,5+0,35.1 = 2,85(T/m3)

ho: Chiều cao từ mái đập đến đường bão hòa

h1: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập

h2: Chiều cao từ đáy đập đến đáy cung trượt

h3: Chiều cao từ mái và đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa

h4: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước)

- ứng với tâm O1 và điểm chân ra Q ta có bán kính R1, bế rộng dải là

b1 = R1/ m

- ứng với tâm O 2 ta có cung trượt bán kính R2 và bề rộng dải

b 2 =R2/mTương rự cho các cung trượt O3 ; O4 ; O5

C:\Users\sieut\Downloads\ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT\Bang tinh Kmin.xlsx - 'Cung Truot'!A2

Ta được Kmin min = 1,37

3) Đánh giá tính hợp lý của mái:

Mái đập đảm bảo an toàn về trượt phải thoả mãn điều kiện đối với công trình cấp II

và tổ hợp tải trọng chủ yếu:

Kmin > [K] = 1,3

Vậy số liệu đã chọn đập là hợp lý

CHƯƠNG 5 CẤU TẠO CHI TIẾT

I Đỉnh đập.

Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần phủ một lớp dăm sỏi dày 20(cm) để bảo vệ mặt đỉnh đập làm về hai phía với độ dốc i = 3% để thoát nước mưa

II Bảo vệ mái đập.

1 Mái thượng lưu.

-Hình thức bảo vệ mãi thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố của sóng và khả năng cung cấp vật liệu Khi tính toán lớp bảo vệ mái cần dựa vào chiều cao sóng lớn nhất ứng với vận tốc gió lớn nhất

(hs = 3,04 m)

Ta có hs > 1,25m Do vậy ta chọn hình thức bảo vệ mái thượng lưu bằng các tấm bê tông, bề rộng mỗi tấm là B =2m Bề dày tấm xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi và lật theo công thức:

Trong đó:

n , đ : Dung trọng của nước và hòn đá (1T/m3 và 2,5T/m3)

hs : Chiều cao sóng

B: Bề rộng tấm đá vây

hb: Chiều dày tấm đá vây

: Góc nghiêng giữa mái đập và mặt nằm ngang (=140)

k: Hệ số lấy k = 0,23

Ls: Chiều dài sóng Ls = tb = 20,11(m)

= 0,48 (m)

2 Mái hạ lưu:

Mái hạ lưu cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra Ta dùng hình thức trồng

cỏ Trên mái hạ lưu ta đào các rãnh nhỏ nghiêng với trục đập 450 Trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa vào mương ngang được bố trí ở cơ đập, mương ngang

có độ dốc về 2 bên bờ để nối với mương dọc dẫn nước về hạ lưu

III NỐI TIẾP ĐẬP VỚI NỀN VÀ BỜ

1 Nối tiếp đập với nền.

Ta bóc một lớp dày 0,3-1(m) Trên mặt nền vì lớp phong hóa này thấm nước mạnh Khi đất đắp đập và đất nền khác nhau cần làm các chân răng ổn định công trình, đồng thời dùng chân răng bằng đất sét cắm sâu vào đá gốc để chống thấm

2 Nối tiếp đập với bờ.

- Tại chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải nằm cắm sâu vào đá ít phong hóa,khi tầng không thấm nằm sâu trong bờ phải cắm thiết bị chống thấm vào một

khoảng nhất định

- Mặt nối tiếp thân đập với bờ, không đánh cấp, không làm quá dốc, không cho phéplàm dốc ngược

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN

Sau khoảng thời gian không dài, dưới sự hướng dẫn tận tình của hai thầy giáo Trần Duy Quân em đã hoàn thành đồ án này Qua quá trình làm đồ án em đã ôn lại được rất nhiều kiến thức đã học trên lớp Ngoài ra nhờ sự hướng dẫn của các thầy

em còn khám phá được rất nhiều điều bổ ích như cách chọn kích thước các tiết diện sao cho phù hợp với quy mô công trình, phù hợp với điều kiện chịu lực và điều kiệnkinh tế

Tuy nhiên với kiến thức thực tế còn có hạn, với khoảng thời gian ngắn trong đồ

án không thể tránh khỏi sự sai sót Kính mong các thầy, các bạn sinh viên đóng góp

và sửa chữa để cho đồ án được hoàn thiện

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Duy Quân /

Hà nội, ngày 20 tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiên

Nguyễn Văn Bắc