thiết kế đập bê tông trọng lực

Theo quy hoạch trị thuỷ và khai thác sông C, tại vị trí X phải xây dựng một cụm công trình đầu mối thuỷ lợi với nhiêm vụ phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ du, điều tiết nớc phụ

Theo quy hoạch trị thuỷ và khai thác sông C, tại vị trí X phải xây dựng một cụm công trình

đầu mối thuỷ lợi với nhiêm vụ phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ du, điều tiết nớc phục vụ tới,cấp nớc sinh hoạt và giao thông trong mùa kiệt

I.Nhiệm vụ công trình

1.nhiệm vụ chính là phát điện.Trạm thuỷ điện có công suất N=120.000kW

2.Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hởng mà công trình có thể phát huy là250.000 ha;

3 Tăng mực nớc và lu lợng sông trong mùa kiệt để có thể tới cho 150.000 ha ruộng đất và phụ

vụ giao thông thuỷ,tạo nguồn cấp nớc sinh hoạt cho 1.000.000 ngời

II Địa hình,địa chât, thuỷ văn

1.Bình đồ khu đàu mối công trình, tỷ lệ 1/2000: tuyến đã đợc xác định và sơ bộ bố trí các hạng mục công trình đầu mối nh sau:

-Đập bê tông trọng lực dâng nớc, có đoạn tràn nớc;

-Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lu đập về phía bờ trái, nớc qua turbin sẽ đợc trả lại sông để cấp nớc cho hạ du Có 4 đờng hầm dẫn nớc vào nhà máy thuỷ điện;

-Công trình nâng tàu( âu tàu) bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thuỷ điện

2.Địa chất khu vực công trình

a) Nền tuyến đập:Nền sa thạch phân lớp, trên mặt có phủmột lớp đất thịt dày từ 3 đến 5m Đá gốc có độ phong hoá, nứt nẻ trung bình

b)Tài liệu ép nớc thí nghiệm tại tuyến đập:

- Cờng độ chịu nén giới hạn : R = 1600 kG/cm2

3.Vật liệu xây dựng :Tại khu vực này đất thịt hiếm, cát và đá có trữ lợng lớn, khai thác ngay ở hạ lu đập, chất lợng đảm bảo tiêu chuẩn dùng làm vật liệu bê tông ; gỗ, tre có trữ lợng lớn,tập trung ở thợng lu

4.Tài liệu thuỷ văn

Cao trình bùn cát lắng đọng (sau thời gian phục vụ của công trình)

5.Tài liệu về thuỷ năng

- Trạm thuỷ điện có 4 tổ máy

- Mực nớc dâng bình thờng (MNDBT), mực nớc chết (MNC), lu lọng qua một tổ máy(QTM)

-Khu vực xây dựng công trình coc động đất cấp 8

- Đỉnh đập không có giao thông chính đi qua

Với mục đích là: phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ du, điều tiết nớc phục vụ

t-ới, cấp nớc sinh hoạtvà giao thông trong mùa kiệt

Nh vậy việc xây đầu mối thuỷ lợi tại vị trí X là cần thiết và hợp lí trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân

*Nhiệm vụ:Trên cơ sở đã khảo sát và định hớng chung về các mặt kinh tế , xã hội thì khu đầu mối cần đảm bảo các nhiệm vụ sau :

+ Nhiệm vụ chính là phát điện Trạm thuỷ điện có công suất N= 120.000kW

+ Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hởng mà công trình có thể phát huy là: 250.000 ha

+ Tăng mực nớc và lu lựơng sông trong mùa kiệt để có thể tới cho 150.000 ha ruộng đất

và phục vụ giao thông thuỷ,tạo nguồn cấp nớc sinh hoạt cho 1.000.000 ngời

II Chọn tuyến đập , bố trí công trìng đầu mối:

I Chọn tuyến đập:

Theo tài liệu khảo sát về địa hình và địa chất ta thấy rằng : tuyến đập xây dựng hợp lý là tuyến I-I Vì các điều kiện thuận lợi sau:

- Cao trình hai bên bờ lớn và đồng đều,dẫn đến giảm đợc khối lợng đắp

- Vấn đề ổn định của đập đợc đảm bảo vì có nền đá gốc rắn chắc , lớp phủ trên thềm sông mỏng

- Dễ bố trí trạm thuỷ điện cũng nh đập tràn

bờ sông

- Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lu,bên bờ trái của công trình

- Âu tàu:công trình nâng tầu đặt bên bờ trái, đặt cách xa nhà máy thuỷ điện

III Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

1.Cấp công trình:

Cấp công trình đợc xác định theo 2 điều kiến sau

* Theo chiều cao đập và loại nền:

Sơ bộ định cao trình đỉnh đập :

∇đ = MNDGC + d = MNGBT + Ht + d

∇đ = 189,2 + 5,1 + 3 = 197,3 (m)

Chiều cao đập : Hđ =197,3 - 132 =65,3 (m)

Theo TCXDVN 285-2002 (Phụ lục 1-1)→ Công trình thuộc cấp II

*Theo năng lực phục vụ của công trình (Phụ lục 1-2) →Công trình thuộc cấp II :

Vậy công trình thuộc cấp II 2.Cấp chỉ tiêu thiết kế :

Theo TCXDVN 185-2002 , từ cấp công trình và loại đập ta xác định đợc :

- Tần xuất lu lợng và mực nớc lớn nhất tính toán : p =0.5 % (Phụ lục 1-3)

- Tần suất gió lớn nhất và bình quân gió lớn nhất : p =2,0 % (Phụ lục 2-1)

- Hệ số vợt tải :

- Hệ số tin cậy : kn =1.2 (Phụ lục 1-6 )

- Hệ số điều kiện làm việc : m =1 ( phụ lục 1-5 )

Chiều cao mặt cắt đợc xác định theo công thức sau : H1 =MNDGC- ∇đáy

∇đáy : Cao trình đáy đợc xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ,

∇đáy =132,0 (m)

- Chiều cao mặt cắt : H1 = 62,3 (m)

- Chiều rộng đáy đập là B , trong đó hình chiếu của mái thợng là n.B , hình chiếu của mái hạ là (1-n)B Trị số n có thể chọn trớc theo kinh nghiệm n = (0ữ0.1) ,sơ bộ ta chọn n = 0 (mặt thợng lu thẳng đứng)

f

H K

α1: hệ số cột nớc còn lại sau màng chống thấm

α1 : xác định theo mức độ xử lí nền ,việc tính chính xác giá trị α1 số phải phụ thuộc vào việc tính toán và xử lý nền sau này , ở đây sơ bộ chọn

α1=0.50

KC : hệ số an toàn ổn định cho phép Theo quan điểm tính toán ổn định trong các quy phạm mới ổn định của công trình trên nền đợc bảo đảm khi

R

K

m N

n

n tt

R,Ntt : lực chống trợc giới hạn và giá trị tính toán của lực tổng quát gây trựơt

Ta viết lại công thức trên nh sau:

m

K n N

C = = 1,08

54 , 50 ( m )

5 , 0 0 0 , 1

4 , 2 65 , 0

3 , 62 08

, 1

45 , 20 ( m )

) n 2 ( n ) n 1 (

H B

1 n

− γ γ

=

Vậy chiều rộng đáy đập B = 54,5 (m)

Nh vây mặt cắt của đập cơ bản nh sau:

II: mặt cắt thực dụng đập không tràn:

1 Xác định cao trình đỉnh đập:

Đỉnh đập phần không tràn đợc xác định từ 2 điều kiện

∇đ1 =MNDBT + ∆h + ηs + a ∇đ2 = MNDGC + ∆ h’+ ηs’ + a’

H1=62,3(m)

B = 54,5(m)

ηs: độ dềnh cao nhất của sóng xác định với vận tốc gió tính toán lớn nhất

∆h: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất

Từ P = 2% → v = 36 (m/s) Giả sử sóng nớc sâu Sơ bộ giả sử thời gian gió thổi liên tục là

36(

10.6.81,9

588636

3600.6.81,9

2

3 2

v gD v gt

h g

5 , 3 v g

2

) 1 2 ( Phụlục

013 , 0 v

h g

25 , 1 v g

2

Chọn cặp giá trị 32,850

2717

,1013

,0

587,425

τ

g h

v

h g v g

Vậy đây là sóng nớc sâu, giả thiết trên là đúng, kết qủa đợc chấp nhận

Chiều cao sóng với mức bảo đảm i%

cos 0 , 0255 ( m )

gH

D v 10 2

a’: độ vợt cao an toàn

ηs: độ dềnh cao nhất của sóng xác dịnh với vận tốc gió tính toán lớn nhất

∆h,: độ dềnh do gió ứng với gió tính tóan lớn nhất

18 (

10 5 , 6 81 , 9 v gD

11772 18

3600 6 81 , 9 v gt

2

3 2

h g

1 , 4 v g

2

) 1 2 ( Phụlục

025 , 0 v

h g

94 , 1 v g

, 0 h 025 , 0 v

h g

560 , 3 94

, 1 v

g

2

2

= π

τ

= λ

→

= τ

Vậy đây là sóng nớc sâu, giả thiết trên là đúng, kết qủa đợc chấp nhận

Chiều cao sóng với mức bảo đảm i%

cos 0 , 007 ( m )

gH

' D v 10 2

Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nớc thấm trong thân đập,và nền,kết hợp

để kiểm tra, sửa chữa; hành lang ở gần nền để sử dụng phụt vữa chống thấm Kích thớc hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng Hành lang phụt vũa chọn theo yêu cầu thi công ;

Theo chiều cao đập bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia

15(m).Khoảng cách từ mặt thợng lu đến mép trớc của hành lang chon jtheo điều kiện chống thấm: l1 = 3,2 (m)

III mặt cắt thực dụng của đập tràn :

- Chọn hệ trục toạ độ (xOy) có: trục Ox ngang cao trình ngỡng tràn, hớng về hạ lu,

trục Oy thì hớng xuống dới, gốc O ở mép thợng lu đập và ngang cao trình ngỡng tràn

- Vẽ đờng cong theo toạ độ Côgizơ-Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn xOy

H x x

Trong đó: Htk = 5,1 (m)

x , y : là các giá trị đợc tra trong bảng (14-2)/Bảng tính thuỷ lực

- Kết quả tính cụ thể đợc thể hiện trong bảng sau

2 Trụ pin và cầu giao thông:

Đỉnh đập không có đờng giao thông chính đi qua, nhng để đi lại kiểm tra và khai thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông đi qua đập tràn, trờng hợp bề rộng tràn quá lớn, cần phải làm các trụ pin để đỡ cầu Mặt trụ thợng hạ lu cần đảm bảo điều kiện để chảy bao hợp lí a) Trụ pin :

Để thuận tiện cho giao thông mùa kiệt , ta chọn bề rộng cầu Bcầu = 6 (m)

Chiều dài cầu sẽ phụ thuộc bề rộng khoang tràn và kết cấu cầu

Phần III : tính toán màng chống thấm

I- Mục đích.

- xác định các thông số cần thiết của màn chông thấm (chiều sâu, chiều dày,vị trí đặt)

để đảm bảo đợc yêu cầu chống thấm đề ra ( hạn chế lợng mất nớc, giảm nhỏ áp lực thấm lên đáy đập)

II- các thông số :

1

chiều sâu phụt vữa S1:

- Chiều sâu phụt vữa S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo quy phạm của Liên Xô CH 123-60, chiều sâu sử lý chống thấm xác định nh sau:

+ Khi 25m < H < 75m , Chống thấm với chiều sau tơng ứng 0,03 l / phút

+ Từ tài liệu ép nớc thí nghiệm đac cho, ta xác định đợc chiều sâu màn chống thấm cần thiết là: S1= 15m

3

Chiều dày màn chống thấm :

Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn:

b

1 1J

H

l ≥ Trong đó: H1: Cột nớc lớn nhất tính đến đáy hành lang?

Jb = 20 : Giadien thấm cho phép của bêtông

→ l1= 3,128

lấy l1= 3,2 (m)

III- Kiểm tra trị số α1 :

Trong thiết kế sơ bộ, có thể sơ bộ theo phơng pháp của Pavơlôpxki, theo đó :

p2

= α

S

x 1 a

1 arccos p

2

1

n 2

= α

S

x 1 a

1 arccos

1 1

Trong đó: 1 , 05

2

1 , 2 2

4 , 452

S

L 1 S

L 1 2

1 a

2

1 2 2







 +

=

2 , 406

S

L 1 S

L 1 2

1 b

2

2 2 2

= →α1 = 0,5 ( Phù hợp với giả thiết ở trên)

phần IV: tính toán thuỷ lực đập tràn

I Tính toán khẩu diện

Q = 1230 (m3/s)

- Đập tràn không có cửa van , công thức chung tính lu lợng qua tràn:

Qt = max

o th

Trong đó: m tc = 0,504 : Hệ số lu lợngcủa đập tràn tiêu chuẩn loại 1

σH = 1: Hệ số sửa chữa thay đổi cột nớc:

) 1 n ( 2

, 0

Q b

2 / 3 0

, 0 b

b = ε + ξmb + − ξmt 0 = →ε = 0,943

- Vậy chọn tràn gồm 4 khoang bề rộng mỗi khoang b = 9,30 (m)

2 Tính toán cho hình thức tiêu năng đáy

a Xác định lu lợng tính toán tiêu năng:

- Giả thiết cột nớc tràn từ ( H = 0 ữHmax), tính lu lợng bằng công thức:

Q = εσ m ( Σ b ) 2 g H3 / 2

- Độ sâu hạ lu tìm đợc từ quan hệ Q ~ Zhạvới lu lợng xả: Q = Qt + αtQo

- Lu lợng tính toán tiêu năng là trị số Qt nào ứng với ( h'' hh) max

2 215.77 570.9679 134.6838 59.2 0.01309 0.0963 5.701 3.01722.4 283.63 638.8342 134.955 59.6 0.01704 0.1094 6.5202 3.56522.8 357.42 712.62 135.2378 60 0.02126 0.122 7.32 4.08223.2 436.68 791.8835 135.4756 60.4 0.02571 0.175 10.567 7.09193.6 521.07 876.2694 135.7288 60.8 0.03038 0.1453 8.8371 5.1083

4 610.28 965.4837 136.0619 61.2 0.03523 0.156 9.5472 5.48534.4 704.08 1059.278 136.3185 61.6 0.04025 0.174 10.718 6.39994.8 802.24 1157.439 136.5148 62 0.04542 0.1765 10.943 6.42825.1 878.61 1233.812 136.4905 62.3 0.04939 0.184 11.463 6.9727

Ta thấy rằng Max [ h" hh] 7 , 0919

- Vậy : QTN = 436,680 (m3/s)

b Tính toán kích thớc tờng và bể tiêu năng

* Tính chiều cao tờng lớn nhất :

h

k h

=

4 , 743 ( m )

g 2 h

q h

1

2 t

2 1

ϕ +

- Mặt khác: E01 = C0 + H01 = 4,743 (m)

- Trong đó: 3 , 243 ( m )

g 2 m

q H

3 / 2

Do yêu cầu cấu tạo, chọn: Co = 1,5 (m)

Chiều cao của tờng là C = 1,5 (m)

* Tính chiều sâu đào bể d

d h" H1 C

c − − σ

q )

(

0 d

v H

H

2 b 01

- Thay các giá trị tìm đợc vào (3) : d = 3,9773 (m)

- Vậy giả thiết của ta là đúng

Chiều sâu đào bể là d = 4.0 (m)

3 Tính chiều dài bể:

Lb = 3,6 hc" = 29,621(m)

Phần V Tính toán ổn định đập

I Mục đích

- Kiểm tra các ổn định trợt, lật cho các mặt cắt đập không tràn và đập tràn

- Trong đồ án này, chúng ta tính ổn định trợt cho phần đập không tràn (kiểm tra cho mặt cắt

có chiều cao lớn nhất )

II các trờng hợp tính toán.

4 - ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thoát nớc làm việc không bình thờng;

+ Trong phạm vi đồ án này ta chỉ kiểm tra với các trờng hợp 2 - 3

III Kiểm tra ổn định cho các trờng hợp

W1 +138

W2 +132 G

Wth

% 1 d

h h 6

h ( h K M

2

% 1

2

% 1

% 1 m

Σ

+ Σ

= Trong đó: ΣP = 21763,031 (kN)- tổng các lực gây trợt chủ động;

ΣG = 29615,380 (kN) -Tổng hợp lực tác dụng theo phơng vuông góc với mặt trợt kể cả lực đẩy nổi

% 1 d

h h 6

h ( h K M

2

% 1

2

% 1

% 1 m

Dothi ( 2 −d )→ Km = 0 , 15

b) KiÓm tra sù an toµn vÒ trît ph¼ng, theo c«ng thøc:

+194,3

W1 +138

W2 +132 G

Wth

+ Σ

= Trong đó: ΣP = 19651,397 (kN) - tổng các lực gây trợt chủ động;

ΣG = 32255,825 (kN)-Tổng hợp lực tác dụng theo phơng vuông góc với mặt trợt kể cả lực đẩy nổi

- Xác định các đặc trng phân bố ứng suất trong thân đập (các đờng đẳng ứng suất, quỹ

đạo ứng suất N1, N2,T) để sử dụng cho việc phân vùng vật liệu, bố trí khe thi công, phân tích ứng suất lỗ khoét…

II Các trờng hợp tính toán

Cần phân tích ứng suất với các tờng hợp làm việc khác nhau của đập

- Trong đồ án này tính cho trờng hợp ứng với MNDGC Tính cho mặt cắt đập không tràn

III.Phân tích ứng suất cho mặt cắt đã chọn

Sử dụng phơng pháp phân tích trọng lực Trình tự nh sau:

1 Chia lới: Chia mặt cắt đập ra các phần bởi 1 lới vuông kích thớc mắt cỡ 10 x 10 m

2 Tính toán ngoại lực tác dụng lên đập: ứng với các mặt cắt nằm ngang khác nhau ( chỉ tính các lực tác dụng lên đập ở phần bên trên mặt cắt đang xét) Các lực cần tổng hợp là ΣG- tổng lực thăng đứng; ΣP- tổng lực nằm ngang; ΣM0- tổng mômen đối với tâm mặt cắt

Σ

= σ b) ứng suất tiếp

- Biên thợng lu: ( ) 1

' y n

' = γ y − σ tg α τ

- Biên thợng lu: 1

2 ' y n

n

'

x = γ y − ( γ y − σ ) tg α σ

- Biên hạ lu: 2

2 '' y

''

x = σ tg α

σ d) Tính ứng suất chính

- Biên thợng lu: N' = γ y

2 1

n 1 2

' y '

2 2

'' y ''

1cos

N

α

σ

=e) øng suÊt c¾t chÝnh :

- Biªn thîng lu :

2

N N T

' 2

' 1

- Biªn h¹ lu:

2

N T

'' 2 '' =4) TÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn øng suÊt trong mÆt c¾t:

'' y ''

1

'' ' 1

'' 1

3 3 B

P 6 B

1 c

4 2 B

P 6 B

1 b

' x '' x x

σ

− σ + σ

= σd) øng suÊt chÝnh: TÝnh theo søc bÒn vËt liÖu:

2

2 y x

2

2 y x y

x 2 , 1

2 T

2 2

N

τ +

=

- Ph¬ng cña N1(N1> N2) lµm víi trôc x ( khi σx>σy ) mét gãc θ1 cã:

Thiết kế đập bê tông trọng lực ( ) ( )

τ τ σ σ σ σ θ 2 4 2 2 1 + − ± − = x y x y tg (Với quy ớc góc θ1 dơng nếu quay từ trục gốc đến phơng của N1 theo chiều thuận kim đồng hồ )Cụ thể chia mặt cắt và tính ứng suất đợc trình bày dới đây

30 29

28 27 26

25 24 23

22 21 20 19

18 17 16 15 14

13 12 11 10 9 8

7 6 5 4 3 2 1

6 Thiết kế các cấu tạo chi tiết.

Do thời gian ngắn với trình độ còn hạn chế nên trong đồ án này em không tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn Em kính mong nhận đợc sự thông cảm và chỉ dẫn của các thầy cô trong bộ môn để em có thể hoàn thành tốt hơn.

Em xin cảm ơn thầy giáo Nguyễn cảnh Thái và cô giáo Lơng Thị Thanh Hơng đã hớng dẫn em Và xin cảm ơn Bộ môn Thủy công đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.

Hà Nội ,Ngày 01 tháng 04 năm 2005.

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Hà Tuyên.