Đồ án môn đập đất thủy công

Các trường hợp tính toán: Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập.. - Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột - Trường hợp thiết bị thoát nước làm v

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ CÔNG

SỐ ĐỀ : 85C

A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC :

I Nhiệm vụ công trình :

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 :

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 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- 1 m

Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1

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 đắp đập , lát mái :

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

c) Cát , sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông ; cự ly xa nhất là 3km trữ lượng đủ làm tầng lọcCấp phối như ở bảng 2

Bảng1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu

Loại

HS rỗngn

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

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

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =2,8km ; ứng với MNLTK: D’ = 3,1km

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua

Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất

II Bản vẽ

- Mặt bằng đập

- 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

BÀI LÀM

A 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 vàtạo 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:

1 Một đập chính ngăn sông

2 Một đường tràn tháo lũ

3 Một cống đặt dưới đập để lấy nước

II Chọn tuyến đập:

nhau và thu hẹp lòng sông lại Theo mặt cắt địa chất tuyến đập: tầng đá gốc của quả đồi tương đối tốt, lớp phủ tàn tích mỏng Tại khu vực 2 quả đồi đều có các bãi vật liệu thuận tiện cho việc thi công Do vậy ta chọn tuyến đập C-C đi qua 2 đỉnh của quả đồi như hình vẽ đã cho

III Chọn loại đập:

Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối mỏng Về vật liệu địa

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 trữ lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá 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 ngược và bảo vệ mái sau khi làm xong đập đất

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

Vậy chiều cao đập

H = ∇đỉnh đập - ∇đáy đập = 139 – 104 = 35 m

Nền đất nhóm B

b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tới cho 2650ha Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra

So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp I

2 Chỉ tiêu thiết kế:

Từ cấp công trình xác định được:

- Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Theo QCVN 04-05-2012, mục 5.2, tra bảng 4 ta có

Ptk = 0,5%, Pkt = 0,1%

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (theo TCVN 8216-2009, mục 6.1.3) tra bảng 3 ta có:

Tần suất gió lớn nhất ứng với MNDBT tương ứng P = 2%

Tần suất gió bình quân lớn nhất ứng với MNLTK tương ứng P = 25%

- Theo quan hệ tài liệu :

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

a, a’, a’’ : Độ vượt cao an toàn

vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng 7; Krun - hệ số được xác định từ đồ thị hình 11.

9,81.2800

26,82 32

1,08

gh V gt V

Vậy sóng là sóng nước sâu.

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

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

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

Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :

'

9,81.6.3600

13670,7115,5

ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là:

0,0182

1,64

gh V gt V

( )

1,64.15,5

2,599,81

H’ = 33 > 0,5 10,48 = 5,24 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết

- Tra bảng 7 bằng cách nội suy ta được→ K’sp = 1,32 (Vgió = (20m/s >15,5m/s > 10m/s)

'run 1,2

K

Chọn cao trình đỉnh đập: ∇đỉnhđập=(Z1, Z2,Z3)max = 138,84 (m) Lấy tròn 139 (m).

d) Kiểm tra cấp công trình

- Ta có :

+ Zđỉnh đập = 139 (m) => H = ∇đỉnhđập - ∇đáy đập = 139 – 104 = 35 (m)

+ Nền loại B

kế ở trên nên thỏa mãn

- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m.Ta chọn cơ ở giữa 2 cao trình đỉnh đập và đáy đập,do đó chọn cơ ở cao trình 121,5m cách mặt đập 17,5m.

+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm)

+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng

- Nếu tầng thấm dày (T>5m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ

Theo đề bài hình C đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 4m do lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 1 m

chống thấm kiểu tường nghiêng chân răng

1 Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:

a) Chiều dày tường nghiêng (theo TCVN 8216-2009 theo mục 6.4.1)

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 còn đảm bảo điện kiện nối tiếp đều đặn giữa tường nghiêng với chân răng

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 = 109,0 - 104 = 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÷1,5)m

Hình 1: Mặt cắt lòng sông.

139

121,5

110 6

2 Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu không có nước Ta chọn thoát nước kiểu áp

- 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 bình thường 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 2 trường hợp:

+ Trường hợp 1:

+ Trường hợp 2:

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

II Tính thấm cho mặt cắt lòng sông

1 Trường hợp 1.

Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 133,5 – 104 = 29,5(m).

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

Sơ đồ như hình vẽ :

Hình 2 : sơ đồ tính toán cho mặt cắt lòng sông

139

121,5

110 6

t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 3 m

- Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước ao ở cuối dòng thấm, lưu lượng

2

Z h h

K

2 0

2 3

2

1

0

T 44 , 0 h ' m L

T ) h h ( k ) mh L

(

2

h h

K

q

2

2 3 n

3

2 2

2 3

d

+

−

− +

t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 3 m

2.1,9516.10 9,55

Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha

ta được [Jkđ] = 0,65

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

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:

đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [Jkn] = 0,25

Vậy Jk ≤ [Jk] Nên nền đảo bảo ổn định thấm.

2 Trường hợp 2

a) Xác định lưu lượng thấm:

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

Sơ đồ như hình vẽ:

139

121,5

110 6

h = 5m 2

136,5

2

Z h h

K

2 0

2 3

2

1

0

T 44 , 0 h ' m L

T ) h h ( k ) mh L

(

2

h h

K

q

2

2 3 n

3

2 2

2 3

d

+

−

− +

t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 3 m

h1 = 32,5 m

2.2,35758.10 10,64

Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha

ta được [Jkđ] = 0,65

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

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:

đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [Jkn] = 0,25.

Vậy Jkn ≤ [Jkn] Nên nền đảo bảo ổn định thấm

III Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi :

- Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT.

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

a0 = 0,095(m)

h3 = 3,45 m

b) Đường bão hòa:

Phương trình đường bão hoà có dạng:

Vậy Jk < [Jk] [Jk] tra ở trên

Vậy độ bền thấm được đảm bảo

- Trường hợp 2: Thượng lưu là MNLTK.

Sơ đồ của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm, hạ lưu không có nước, thoát nước

kiểu áp mái

+ L = 3,5.(139 - 122) + 6 + 3.(139 – 122) = 116,5 m

Sơ đồ tính thấm như sau:

Thay số ta được bằng phương pháp thử dần ta được các giá trị sau:

tt h3 a0 q1 q2 q3

a0 = 0,156(m)

h3 = 4,39 m

b) Đường bão hòa:

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

Vậy Jkđ < [Jkđ] [Jkđ] tra ở trên

Vậy độ bền thấm được đảm bảo

D 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 MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổhợp 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 MNDGC 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.

Sử dụng 2 phương pháp:

a) Phương pháp Filennít.

Ta có sơ đồ tính như hình vẽ :

Hình: Sơ đồ vùng cung trượt nguy hiểm

°

b)Phương pháp Fanđeeps

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

trình thủy công Với m = 3

Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm

K1, K2, K3 cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác

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 lực thấm 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}

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

(γivới đất trên sân nền bão hòa: Lấy γi

tn ; còn dưới đất đường bão hòa lấy theo γi

bh)Các thông số tính toán:

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

Kết quả tính toán ở các Bảng 1,2,3,4,5:

+

+

+

+

3) Đánh giá tính hợp lý của mái:

Theo TCVN 8216-2009, mục 6.7.3.2, bảng 7 Ta có: mái đập đảm bảo an toàn về trượt phải thoả mãn điều kiện đối với công trình cấp I và tổ hợp tải trọng chủ yếu:

Kmin > [K] = 1,35

Vậy số liệu đã chọn đập là hợp lý

E 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 = 3,26 m)

rộng mỗi tấm là B =2m Bề dày tấm xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi và lật theo công thức:

k: Hệ số lấy k = 0,23

Ls: Chiều dài sóng Ls = tb = 19,36(m)

'

2 0,23.1.3,26 3 2

1

4 19,36 (2,5 1).cos15 56

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

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 chânrăng 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 tầngkhông 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 phép làm dốc ngược

F KẾT LUẬN

Tổng kết lại quá trình làm đồ án em đã tính toán thiết kế được một số công việc sau:

- Thiết kế được các kích thước cơ bản của đập đất

- Tính thấm ở hai mặt cắt đại diện :

+ Mặt cắt lòng sông

+ Mặt cắt sườn đối

- Tính ổn định cho mái đập trong trường hợp : xét ổn định mái hạ lưu ứng với mức nước thượng lưu là MNDBT và mục nước hạ lưu là mực nước max

- Tính toán được các cấu tạo chi tiết đập đất Trên đây chỉ là một số công tác chủ yếu trong thiết kế đập đất Ngoài ra còn rất nhiều phần tính toán nữa mà trong phạm vi đồ án này không thể nào giải quyết được như :

+ Tính thấm cho nhiều cho nhiều mắt cắt nữa

+ Tính ổn định trượt mái đập trong một số trường hợp nữa

- Trong qúa trình tính toán mặc dù em đã cố gắng nhưng không thể tránh khỏi sai sót Em kính mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô để em rút kinh nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội ngày 01 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiên

Ngô Văn Huỳnh