Tiểu luận Thiết kế đập đất

Do vậy ta phải có các biện pháp làm giảm áp lực thấm bằng cách lắp đặt thiết bị thoát nước nhằm đưa dòng thoát ra hạ lưu đập được dễ dàng và an toàn, hạ thấp đường bão hoà không cho dòn

Tiêu luận

Đề án: Thiết kế đập đất

hittp://www.haquangnguyen.co.cc

ĐỒ ÁN SỐ 2

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

DE BAI: C16

A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC

1 Nhiệm vụ công trình Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhiệm vụ sau :

1 Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác

2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân

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

1Ư Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối

1 Một đập chính ngăn sông

2 Một đập tràn tháo lũ

3 Một cống đặt dưới đập để lấy nước

IH/ 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 lòng sông trong bảng 1 Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hóa dày từ 0,5 + Im

3 Vật liệu xây dựng

Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000 mỷ,

cự ly 800m); B ( trữ lượng 600.000 mỶ, cự ly 600 m ) ; C ( trữ lượng 1 km ) Chất đất là loại pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1 Điều kiện khai thác bình thường

Đất sét: có thể khai thác tại vị trí cách đập 4 km, trữ lượng đủ làm thiết

Chitieu | HS @ (độ) C(T/m?)

rốn | DO dm Tu Bao Tu Bão | Xk x Loai W% nhién | hoa nhién | hoa (T/m’) | (m/s)

n Dat dap

dap 035| 20 | 23 | 20 | 3,0 | 24 | 1,62 | 10°

(ché bi)

Sét (ché bi) | 0,42 22 l7 13 5,0 3,0 1,58 |4.102 Cát 0,40; 18 30 27 0 0 1,60 | 10 Đất nền 0,39 24 26 22 1,0 0/7 1,59 | 10°

Bảng 2-Cấp phối của các vật liệu dap dap

Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08

4.Đặc trưng hồ chứa

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

- Tràn tự động có cột nước trên dinh tran H,,,, = 3m

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

—) tip rage iyen.coce

5 Tai liệu thiết kế cống

- Lưu lượng lấy nước ứng với mực MNDBT và MNC (Q,) : bảng 3

- Mực nước khống chế đầu kênh tưới : bảng 3

- Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhámn=0,025;

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

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

- Các cấu tạo chỉ tiết

—————————————————— lí(0./hLiU.]id(LG1121121.V01.C0.CC

BÀI LÀM

A/ NHUNG VAN BE CHUNG

1 Nhiệm vụ công trình

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

1 Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác

2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân

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

1Ư Chọn tuyến đập :

Dựa vào bình đồ khu đầu mối đã cho, phân tích các điều kiện địa hình

cụ thể (địa hình, địa chất, vật liệu địa phương ) chọn tuyến đập B - B là hợp

lý

IH/ Chọn loại đập :

Qua phân tích các điều kiện địa hình, địa chất, tình hình cung cấp vật liệu tại chỗ, ta chọn phương án xây dựng đập đất để tận dụng vật liệu sẵn có của địa phương nơi xây dựng công trình

IV/ Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

1/ Cấp công trình:

Theo quy phạm thiết kế đập đất đầm nén, cấp công trình được xác định

từ 2 điều kiện:

Theo chiêu cao công trình và loại nên

Chiều cao đập sơ bộ xác định theo công thức:

- Tần suất gió lớn nhất tính toán (Theo QP TCVN - CI1-78): P=4%

- Gió bình quân lớn nhất: P=50% (áp dụng đối với tất cả mọi cấp công trình)

b Theo mực nước dâng gia cường:

Vaa=MNDGC + Ah’ +h’, +a’ (1-2) Trong đó: Ah và Ah’ : Độ dẻnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

hy va h’, : Chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1% ) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

a=0,5m, a=04m

a Xác định Ah và hụ ứng với gió tính toán lớn nhất V

* Xác định độ dễnh do gió Ah theo công thức:

2

Ah= 210° D

gH

.cos@ (m) (1-3) Trong đó :

* Xác định chiêu cao sóng ứng với mức bảo đảm sóng 1% h ;„,

Theo QPTL CI1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau

hy =K,.Ky Ky Ky hyo, (1-4)

Trong đó : hạ _- Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%

st V = 7063.2

Đồ án môn học thủy công 6

Kiém tra diéu kién (1-5)

b, Xác định Ah và h„ứng với gió bình quân lớn nhất Ý„„„rp

Theo tra bang P2-1 va dé bài ta có V„„„„= 12 m/s

hạ xác định như sau ( Theo QPTL C1-78 )

Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu

H>0,5 2` (1-5)

Tính các đại lượng không thứ nguyên : o : a2

Trong đó : t là thời gian gió thổi liên tục, do không có tài liệu đo ta lay t = 6 giờ =21600(s)

http hq SUED COLL _1,61.V _ 1,61.12

2

7 — 0018.12 = 0.264 9,81

Trị số 4 dược xác định theo công thức sau

Kiểm tra điều kién (1-5)’

Hệ số K;,K; tra ở bảng P2-3 GTĐATC, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia

cố mái và độ nhám tương đối trên mái

Tra được K, = 1,0 ; K;= 0,9

Hệ số K; tra ở bảng P2-4 GTĐATC, phụ thuộc vận tốc gió và hệ só mái m :

Ta chọn bề rộng đỉnh đập B = 5 m (trong đó có kể đến chiều dày tường nghiêng )

1U Mái đập và cơ đập

1/ Mái đập : Sơ bộ tính theo công thức kinh nghiệm,

Mái thượng lưu: m¡ =0,05.H+2,0

Mái hạ lưu : m, = 0,05 H+1,5

Trong d6: H 1a chiéu cao dap

H= Voinn aap-Wasy aap = 148,1 - 104 = 44,1m

Thay vao cdc cong thtfc ta duoc: m, = 0,05 44,1 + 2,0 = 4,2;m, = 0,05 44,1

+ 1,5 =3.70

Ta chọn sơ bộ mái như sau:

Mái thượng lưu: = m, =4,0

Mái thượng lưu không bố trí cơ m= 4,0

Mái hạ lưu bố trí một cơ có bể rộng mặt cơ B,„=2m, cao trình đỉnh cơ

131 m, trên đỉnh cơ bố trí một rãnh tập chung nước chạy dọc theo chiều dài

1/ Chiêu dày tường nghiêng :

Trên đỉnh : ồ,> 1,0 m Ta chọn =1,0m

Dưới đáy : thudng 8, = (5 +4) H trong đó H là chênh lệch cột nước

thấm trước và sau tường, nhưng không nhỏ hơn 3m Do chưa xác định được

độ chênh lệch cột nước thấm trước và sau tường nên sơ bộ chọn chiều dày đáy tường nghiêng theo yêu cầu cấu tạo

6,=3m

2 Cao trình đỉnh tường : chọn bằng với mặt đập = + 148,1m

3 Chiêu dày chân răng:

Để đảm bảo nối tiếp giữa tường nghiêng và chân răng tương đối thuận đồng thời chiều dày chân răng không quá lớn ta kéo dài tường nghiêng xuống phía dưới nên một khoảng sao cho chiều dày chân răng bằng với chiều dày đáy tường nghiêng ồtn =3m

IV/ Thiết bị thát nước thân đập

1/ Mục đích:

Do có sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đập, trong đập xuất hiện dòng thấm Các dòng thấm này nếu mạnh sẽ gây ra những hiện tượng bất lợi cho đập như trôi đất, xói mòn, xạt lở mái đập và có khả năng gây phá huỷ đập

Do vậy ta phải có các biện pháp làm giảm áp lực thấm bằng cách lắp đặt thiết

bị thoát nước nhằm đưa dòng thoát ra hạ lưu đập được dễ dàng và an toàn, hạ thấp đường bão hoà không cho dòng thấm thoát ra ở mái hạ lưu gây sạt lở mái đốc, đưa dòng thấm vào vật thoát nước tăng ổn định cho đập

2/ Hình thức, cấu tạo thiết bị thoát nước :

Đồ án môn học thủy công 12

—————_ — —————————— lí(0./W11.]ÌGQLG11211CL/)C1UCO.CC

a, Phan lòng sông :

Ứng với mặt cắt lòng sông là trường hợp hạ lưu đập có nước Tuy nhiên theo tài liệu đã cho mực nước hạ lưu lớn nhất Vụyyy= +112,5 m vậy so với cao trình đỉnh đập mực nước hạ lưu không lớn lắm nên ở đây chọn hình thức thoát nước kiểu lăng trụ Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất để đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hoà không đi xuyên qua mái hạ lưu Trong đồ án này dựa vào kinh nghiệm đã có từ những công trình đã đưa vào sử dụng ta chọn cao trình đỉnh lăng trụ thoát nước cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất 1,5m

V dinh lang tru = 112,5 + 1,5=+114m

Bề rộng của đỉnh thiết bị thoát nước B,„ =2 m Khối lăng trụ được xếp bằng đá hộc hệ số mái chọn như sau:

Hệ số mái phía hạ lưu m,=2.0

Hệ số mái phía thượng lưu mạ, = 1,5

Để đảm bảo không xảy ra hiện tượng trôi đất tại phần tiếp giáp giữa thân đập và vật thoát nước ta bố trí tầng lọc ngược (Chi tiết xem trong bản vẽ)

b, Phần trên sườn đồi :

Từ cao trình +11,4m trở lên (Từ cao trình đỉnh lăng trụ) ứng với trường hợp hạ lưu đập không có nước, để tiết kiệm vật liệu mà vẫn đảm bảo an toàn ta

bố trí thiết bị thoát nước kiểu áp mái Cao trình đỉnh của thiết bị thoát nước kiểu áp mái luôn cao hơn điểm ra của đường bão hoà ứng với từng vị trí cụ thể là 0.5m

C/ TÍNH THẤM QUA ĐẬP ĐẤT VÀ QUA NỀN

I-nhiém vu và trường hợp tính toán

1.Mục đích:

Tính toán thấm xác định lưu lượng dòng thấm qua đập và nền.Trên cơ

sở đó tìm lưu lượng tổn thất của hồ do dòng thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp

Xác định đường bão hoà, từ đó tìm ra được áp lực thấm dùng tính toán

ổn định của mái dap

Kiểm tra độ bên thấm của đập và nền

2/ Các trường hợp tính toán :

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

——————————————————— li(p./LuU,]iúgi01121121.)01 C0,CC

Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng; thiết bị chống thấm thoát nước làm việc bình thường

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

(Trong đồ án này chỉ tính toán với trường hợp thứ nhất)

3/ Các mặt cắt tính toán : Tính với 2 mặt cắt đại biểu

Mặt cắt lòng sông ( chỗ tầng thấm dày nhất ) ứng với cao trình đáy đập

Tai vị trí thấp nhất của lòng sông Vđáy sông = 104 m

Cao trình đỉnh đập so với cao trình đáy sông H = 148,1 - 104 = 44,1 h¡ Là độ sâu nước trước đập h,= 40m ; m,=40; mụ,= 3,375

L= m,-HytBag +My (V ginn aap ~ Vainn tang try)~ MCV aint tang tru ~ V mực nước hạ ưu) L=4 44,1 + 5 + 3,375 ( 148,1 - 114) - 1,5( 114 - 112,5 ) = 294(m) T=5m

ð: Độ dày trung bình tường nghiêng ồ = =2(m)

40? —h‡ 40—h q=105——— ?—+10°®————>—— 2(229-4.h,) 294 +0,44.5-1,5.8,5

Lập bảng tính thử dân ta được kết qua :

q=5,43.105 (m?⁄); h;= 17,56m Phương trình đường bão hoà trong hệ trục toạ độ XOY: (Toa độ trong hình vẽ)

hà —h,` 29 52

y =, {hy = A = 17,56? - 750 SS ax = {308-1050 17,56

BANG TINH TOA BO CAC ĐIỂM TRÊN DUONG BAO HOA

—————_ — —————————— lí(0./1LU1L.ÌÌG01LG111L2L)01L.C0.CC

IIl/ Tinh thaém cho mặt cắt sườn đồi

Tại mặt cắt này nên đập không thấm nước , ha lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái

Tường nghiêng làm từ đất sét chế bị có hệ s6 thim K, = 4.10° (m/s)

Bỏ qua độ cao hút nước a,( lay a, = 0)

“=1 ranqe gn SUCH COLL

BANG TINH TOAN TOA DO DIEM THUOC DUONG BAO HOA

1/ Cho mái hạ lưu

Khi thượng lưu là mực nước dâng bình thường, 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 vệc 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 0,2 Hđập ) — (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)

Trong đồ án này chỉ giới hạn tính toán ổn định cho mái hạ lưu trong trường hợp thượng lưu là MNDBT và hạ lưu có mực nước max

1Ư Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt

Đồ án môn học thủy công 18

Với Hạ= 44,1 m —>r = 52,48m ; R=125,2m

Kết hợp hai phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB Trên đó ta giả định các tâm O;, O; ,O; vạch các cung tiếp xúc với tầng không thấm nước của nền đập (Tiếp xúc với nền đá), tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K,, K; ,K¿ cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K, và vị trí tâm O, ta xác định được trị số K;; ứng với các tâm O Từ vị trí của tâm O ứng với K„„ đó kẻ đường thẳng NN vuông góc với đường MM, ,trén đường NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung trượt mới, giả thiết các cung trượt này cũng tiếp xúc với nên đá, tính hệ số K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K, và vị trí tâm O,ta xác định được trị số K,„„„¡„ ứng với các cung trượt giả thiết

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

Theo Ghecxevanop ta chia khối trượt thành các dải có chiều rộng dải

là b với b = R/m, (R-bán kính vòng cung trượt, m-số nguyên lấy bằng 10-20 tuỳ theo từng cung trượt) Ta có công thức tính hệ số ổn định:

= .ÔÔ

*a: Trọng lượng riêng của nước „= 1 (T/m)

sinœ,=-— (trong đón là số thứ tự dải)

m

N,,T,-thanh phan phap tuyén va tiép tuyén cua trong luong dai G, N,=G,.cosa, (T/m)

T,=G,.sina, (T/m) G,- trọng lượng dải thứ n: G,= bQ@y,.h;) h,chiéu cao trung bình của phần dải tương ứng có dung trọng là +, Đối với đất, đá ở trên đường bão hoà lấy dung trọng tự nhiên y,, Đối với đất, đá ở dudi dudng bao hoa lay dung trong bao hoa ¥,, You = Yk + Yn n

n: hé s6 réng cua dat +: trọng lượng riêng khô Dựa vào công thức trên và các số liệu đầu bài đã cho lập các bảng tính

xác định tri SO Kya nian (Trang bên)

Từ các số liệu trong bảng ta xác định được K„„¡;=1,28

3/ Đánh giá tính hợp lý của mái

Mái đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả mãn điều kién K,,;,<[K] Trong đó [K] phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp lực tác dụng lên công, trình đó (tra bảng PI-7 GT ĐAMN: [K] = 1,2

Tuy nhiên cân đảm bảo điều kiện kinh tế, cần khống chế: K,„ < 1,15 [K]

Theo kết quả tính toán trong các bảng tính trên hệ số an toàn nhỏ nhất

[K]<K¿z„„=1,28<1,15[K]

Vậy mái đập thoả mãn cả 2 điều kiện về kinh tế và kĩ thuật

E CẤU TẠO CHI TIẾT

LDinh dap

Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần phủ 1 lớp dam soi day 20 Cm Mặt đỉnh đập dốc vẻ 2 phía độ dốc i=2%

II.Bao vé mai dap

Đồ án môn học thủy công 20