THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VỪA & NHỎ THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT VÀ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC

Môn học “ Thiết kế công trình thuỷ lợi vừa và nhỏ” là môn học chuyên về nghiên cứu các công trình thuỷ lợi có qui mô vừa và nhỏ như: Đập đất, Cống ngầm, Đập bê tông trọng lực, Cống lộ t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN & CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

Giáo viên hướng dẫn: Ths.Phạm Quang Thiền

Sinh viên thực hiện: Lâm Thanh Tài

Lớp: 56A-KTXDCT (L01)

Mã sinh viên: 1151050031

BÀI LÀM ĐỀ SỐ 59

MỤC LỤC

Danh mục hình

LỜI NÓI ĐẦU

Trong hơn một thập kỷ vừa qua, nền khoa học kỹ thuật thuỷ lợi nước nhà không ngừng phát triển và đã có những đóng góp to lớn trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn, xây dựng công trình,…đã tạo một bước đà quan trọng để góp phần nâng cao đời sống dân sinh đồng thời đưa nền kinh tế nước nhà đi lên

Môn học “ Thiết kế công trình thuỷ lợi vừa và nhỏ” là môn học chuyên về

nghiên cứu các công trình thuỷ lợi có qui mô vừa và nhỏ như: Đập đất, Cống ngầm, Đập bê tông trọng lực, Cống lộ thiên,…để từ đó giúp cho sinh viên có thể nắm bắt một cách tổng quát về cấu tạo cũng như quy trình hoạt động của từng loại công trình kể trên dựa trên nền tảng các môn đã học như: Thuỷ Lực cơ sở, Máy thuỷ lực, Thuỷ công,…

Đồ án “ Thiết kế đập đất và cống ngầm lấy nước dưới đập đất” ra đời với mong

muốn giúp cho sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình có thể làm quen với cách tính toán, thiết kế 2 loại công trình đặc trưng của thuỷ lợi là đập đất và cống ngầm, nắm được chính xác từng bước và các hạng mục cần tính toán, qua

đó hiểu rõ hơn nội dung lý thuyết được giảng dạy trên lớp.Bên cạnh đó, qua việc làm đồ án này cũng giúp sinh viên hình thành khả năng tư duy độc lập, luyện kỹ năng toán học, vẽ kỹ thuật,…

Đồ án “ Thiết kế đập đất và cống ngầm lấy nước dưới đập đất” gồm có 2 phần

chính như sau:

Phần A: Thiết kế đập đất

Phần B: Thiết kế cống ngầm lấy nước dưới đập đất

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học, xong là một sinh viên với kiến thức chuyên môn và khả năng nghiên cứu chưa sâu nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Vậy em mong thầy giáo hết sức thông cảm và giúp đỡ em nhiều hơn nữa để em có thể khắc phục trong những lần làm đồ án sau và thực tế công việc sau này

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo

Ths Phạm Quang Thiền đã giúp em hoàn thành đồ án này đúng thời hạn.

Sinh viên thực hiện

Đỗ Đức Hạnh

Tài liệu tham khảo

1 Bài giảng Thuỷ lực cơ sở ( Ths Phạm Quang Thiền) - Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam;

2 Giáo trình Thuỷ lực tập 1 và tập 2 – Đại học Thuỷ lợi;

3 Sách Đồ án Thuỷ Công (Nguyễn Chiến) – Đại học Thuỷ Lợi;

4 Giáo trình Thuỷ Công tập 1 và tập 2 – Đại học Thuỷ Lợi;

5 Tiêu chuẩn xây dựng việt nam (TCXDVN) 285 – 2002;

6 Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén QPVN 11 - 77;

7 Quy phạm tải trọng do sóng và tàu QPTL C1 – 78;

8 Thiết kế đập đất (của Nguyễn Xuân Trường);

9 Thiết kế cống ( Trịnh Bốn, Lê Hoà Xướng);

10 Quy phạm tính toán thuỷ lực cống dưới sâu;

11 Các bảng tra thuỷ lực 15-1 và 16-1

PHẦN A: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

1 Nhiệm vụ công trình

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

a Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác

b Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân

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

du lịch

2 Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối

a Một đập chính ngăn sông

b Một đường tràn tháo lũ

c Một cống đặt dưới đập để lấy nước

3 Tóm tắt một số tài liệu cơ bản

Dựa vào “Mặt cắt địa chất tuyến đập” của đầu đề A ta có:

Z max = 48m và Z min = -4m

Nhưng theo “ Bình đồ vùng tuyến đập chính” của đầu đề C thì:

Zmax = 50m và Zmin = 5m

 Khi tính toán ta phải lấy theo số liệu từ “ Mặt cắt địa chất tuyến đập”.

tích lòng sông cho như bảng 1.Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trungbình, lớp phong hoá dày 0,5 1m

Bảng 1.1 – Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu

Loại

Hệ sốrỗng n

Độ ẩmW(%)

Tự nhiên

Bãohoà

Tựnhiên

BãohoàĐất đắp đập

bảo đắp đập, lát mái Một số chỉ tiêu cơ lý:  320; n = 0,35 (của đốngđá); k  2,5 T/m3 (của hòn đá)

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

làm tầng lọc Cấp phối như ở bảng 1.2

Bảng 1.2 – Cấp phối của các vật liệu đắp đập

+) Mực nước dâng bình thường của hồ chứa (MNDBT): 32,0m.

+) Mực nước dâng gia cường (MNDGC):

MNDGC = MNDBT + 3 = 32,0 +3 = 35,0m

Mực nước hạ lưu (m):

+) Mực nước hạ lưu bình thường: 7,1m

+) Mực nước hạ lưu Max: 8,9m

 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 mực nước dâng bình thường (MNDBT):

D = 2,8km;

- ứng với mực nước dâng gia cường (MNDGC):

D’ = D + 0,3km = 2,8 + 0,3 = 3,1km

 Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua

e Tài liệu thiết kế cống

 Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT là Qcống = 3,2(m3/s) và ứng với MNC

là Qtk = 3,6 (m3/s)

 Mực nước khống chế đầu kênh tưới là 11,70m

 Tài liệu về kênh chính: Hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; độ dốc đáy:

 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

Bảng1.3: Tài liệu cho trước

Số đề Sơ đồ Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu (m)

(m) (m) thường

nguồn nước trên sông S gặp nhiều khó khăn lớn như vậy đã làm cho nền kinh tế

và cuộc sống của người dân trong vùng khó phát triển Chính vì vậy, muốn nângcao chất lượng đời sống của người dân cũng như phát triển nền kinh tế địa

phương thì vấn đề cấp thiết đặt ra là phải xây dựng một hồ chứa trên sông S: Hồ chứa H.

Hồ chứa H được xây dựng trên nguyên tắc lợi dụng tổng hợp nguồn nước

nên sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là:

 Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác;

 Cấp nước sinh hoạt phục vụ cho 5000 dân ở hạ du;

 Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái vàphục vụ du lịch

Để đáp ứng được nhiệm vụ trên, chúng ta phải xây dựng các công trình chủyếu ở khu đầu mối của hồ bao gồm:

 Một đập chính ngăn sông;

 Một đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác;

 Một cống lấy nước đặt dưới đập

 Trong Đồ án này xin trình bày về phần Thiết kế đập chính.

Dựa theo bình đồ khu đầu mối đã cho: Hai bên bờ sông có 2 ngọn đồi 

155m nằm đối xứng nhau và thu hẹp lòng sông lại Tầng đá gốc của quả đồitương đối tốt, tầng tàn tích mỏng và tại khu vực 2 quả đồi có các bãi vật liệu

thuận tiện cho việc thi cụng Do vậy, ta chọn tuyến đập C – C đi qua 2 đỉnhcủa quả đồi như bỡnh đồ đó cho.

Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là đất tơng đối mỏng

Về vật liệu địa phơng chủ yếu là đất nh bãi vật liệu A (trữ lợng 800.000m3 cự ly800m), B (trữ lợng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lợng 1.000.000m3, cự ly1Km) Điều kiện khai thác dễ dàng, thuận tiện cho việc thi công Vì vậy ta quyết

định chọn loại đập đất

Công trình Đập đất có những u điểm sau:

- Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm đợc các vật liệu quý nh: sắt, thép, xi măng.Công tác chuẩn bị trớc khi xây dựng không tốn nhiều công sức nh các loại

đập khác

- Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ

- Bền và chống chấn động tốt

- Dễ quản lý, tôn cao, đắp dày thêm

- Yêu cầu về nền không cao nên phạm vi sử dụng rộng rãi

- Đã có nhiều kinh nghiệm về thi công, thiết kế và quản lý đập

 Đặc điểm làm việc của đập đất

Đập đất thường là loại khụng tràn nước Để đảm bảo thỏo lũ, lấy nước tướihoặc cung cấp nước phải xõy dựng những cụng trỡnh riờng như: đường trànthỏo lũ; cống lấy nước Những đặc điểm chủ yếu của đập đất là:

+) Thấm qua thõn đập và nền:

Nền đập và thõn đập núi chung đều thấm nước Khi mực nước thượng lưudõng cao, trong thõn đập sẽ hỡnh thành dũng thấm từ thượng lưu về hạ lưu.Trong thõn đập cú mặt bóo hũa; trờn mặt cắt ngang đập thể hiện là đường bóohũa Phớa trờn đường bóo hũa cú khu nước mao dẫn Độ cao khu mao dẫn tựythuộc vào loại đất Dưới đường bóo hũa, đất chịu đẩy nổi của nước và chịu lựcthủy động do thấm

+) Ảnh hưởng của nước thượng, hạ lưu đối với mỏi đập:

Mực nước thượng , hạ lưu đập có thể gây phá hoại đất ở mái đập Dưới tácđộng của sóng các kết cấu bảo vệ mái đập có thể bị phá vỡ, gây xói lở thânmái, làm trôi các tầng bảo vệ.

+) Tác hại của nước và nhiệt độ:

Trong thời gian mưa, một phần nước sẽ thấm vào đập và một phần chảy trênmái đập có thể gây bào mòn và xói đất Hiện tượng này tiếp diễn làm giảm mặtcắt đập gây biến dạng Trong thiết kế đập cần có hệ thống thoát nước mưa ởđỉnh và mái đập nhằm tập trung nước vào các rãnh xây và chuyển xuống hạlưu không cho chảy tràn lan trên đập Khi nhiệt độ thay đổi, có thể gây nứt nẻthân đập, nhất là các loại sét, pha sét có tính co ngót rất lớn

+) Biến dạng của nền và thân đập:

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, đất thân đập và nền bị biến dạng.Chuyển vị đứng làm giảm chiều cao của đập Biến dạng làm đập và các thiết bịchống thấm bằng đất nứt nẻ, gây nguy hiểm cho đập đất

Do đất đắp đập là đất thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chốngthấm: Từ tài liệu đã cho ta thấy trữ lượng đất sét tại một bãi vật liệu cách côngtrình khoảng 4km là khá nhiều, chất lượng tốt, đủ làm vật liệu chống thấm Dovậy, 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 vệmái sau khi làm xong đập đất

Dựa vào các đặc điểm làm việc, đồng thời xét đến các điều kiện thi công vàquản lí đập đất, khi thiết kế đập đất phải đảm bảo các nguyên tắc sau đây:

- Đập và nền phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc ( trong thời gian thicông và khai thác);

- Thấm qua nền đập và thân đập không làm tổn thất một lượng nước quá lớn

từ hồ chứa có q q , không gặp xói ngầm, nước thấm ra hạ lưu khônglàm hư hỏng đập;

- Đập đất phải đủ cao, đồng thời phải có công trình tháo lũ đảm bảo cho hệthống làm việc an toàn trong mưa lũ (ví dụ như không cho nước vượt quađỉnh đập đất, không tràn nước,…);

- Có các thiết bị bảo vệ đập; chống tác hại của sóng, gió, mưa, thay đổi nhiệtđộ,…;

- Giá thành thấp và kinh phí quản lý rẻ nhất;

- Khả thi, tiện quản lý;

- Tạo cảnh quan chung, hài hòa, an toàn

1 Cấp công trình: Xác định từ hai điều kiện sau:

a Theo chiều cao công trình và loại nền:

Chiều cao công trình:

(Cao trình đáy đập được xác định từ mặt cắt địa chất tuyến đập và phải bóc bỏ

1m bùn cát, tàn tích đáy sông có khả năng chịu lực kém)

 Vậy chiều cao sơ bộ của đập là:

Hđập = Zđỉnh đập – (Zđáy đập – 0,5) = 37 – (-5 – 0,5) = 42,5 (m)

(Đã trừ đi 0,5m bóc bỏ lớp phong hóa bề mặt)

- Dựa vào điều kiện địa chất nền với các chỉ tiêu cơ lí ta xác định được:Đấtnền thuộc loại dính,bão hòa nước

 Tra bảng phụ lục 1-1 (Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế)– Sách thiết

kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ) với các điều kiện:

- Loại công trình thủy: Đập vật liệu đất

- Chiều cao: 42,5 m

- Đất nền thuộc nhóm II (theo như chú thích bảng tra)

 Ta tra được Công trình thuộc cấp thiết kế II.

b Theo nhiệm vụ của công trình và vai trò của công trình trong hệ thống:

Từ dữ liệu cho trước: Năng lực phục vụ của công trình là cấp nước tưới cho

2650 ha ruộng đất canh tác, ta tra bảng phụ lục P1-2 (Cấp thiết kế của côngtrình theo nhiệm vụ - sách thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ – ĐHTL –

Trang 203) được Cấp thiết kế của Công trình là cấp III.

 So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp thiết kế của công trình là cấp II.

2 Các chỉ tiêu thiết kế:

Công trình thiết kế thuộc cấp II , ứng với các chỉ tiêu thiết kế được xác định:

a Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất P%

Tra bảng phụ lục P1-3 (Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất để tính ổnđịnh,kết cấu công trình– sách TKCTTLVVN – ĐHTL – Trang 204) được:

 Tần suất thiết kế : P = 0,5%.

b Hệ số tin cậy (K n )

Tra bảng phụ lục P1-6 ( Hệ số tin cậy Kn – sách TKCTTLVVN – ĐHTL –Trang 206) được:

 Hệ số tin cập theo cấp công trình II là 1,20.

c Hệ số an toàn cho phép về ổn định mái đất (Theo QPVN 11 – 77)

Tra bảng phụ lục P1-7 ( Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập đất – sách TKCTTLVVN – ĐHTL – Trang 205) được:

 Tổ hợp tải trọng chủ yếu [K] = 1,30.

 Tổ hợp tải trọng đặc biệt [K] = 1,15.

d Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất P%

Tra bảng phụ lục P2-1 (Tần suất gió lớn nhất tính toán khi xác định cao trìnhđỉn đập đất theo QPTL C1-78 – sách TKCTTLVVN – ĐHTL – Trang 206)được:

 Tần suất gió lớn nhất ứng với MNDBT là: P = 2%  Tra bảng dữ liệu

mà đề cho có được V  32m s/  ;

 Tần suất gió bình quân lớn nhất ứng với MNDGC là:

P = 50% Tra bảng dữ liệu mà đề cho có được V  12m s/ 

e Độ vượt cao của đỉnh đập trên đỉnh sóng

Tra bảng 6-1 ( Trang 113- Giáo trình Thủy Công tập 1 – ĐHTL) ta được:Ứng với công trình cấp II:

- Trường hợp ứng với mực nước dâng bình thường ( MNDBT) có chiều cao

 Tương ứng với MNDBT ở thượng lưu có xét đến chiều cao sóng leo

và nước dềnh do gió lớn nhất tính toán

Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a

 Tương ứng với MNDGC ở thượng lưu (Khi xả lượng lũ lớn nhấttính toán) đồng thời có xét đến chiều cao sóng leo lên mái đập và nước dềnh dogió bình quân lớn nhất (Không kể hướng)

+) a, a’ : Độ vượt cao an toàn.

Cao trình đỉnh đập được lấy tương ứng với trường hợp bất lợi nhất trong 2 trường

hợp trên Nghĩa là cao trình đỉnh đập được chọn từ trị số lớn nhất trong các kết quả tính toán theo Z 1 , Z 2 Ngoài ra đỉnh đập không được thấp hơn mực nước lũkiểm tra (Với tần suất lũ kiểm tra được xác định theo quy phạm)

a) Xác định ∆h, h sl ứng với gió lớn nhất V

* Xác định h :

2 6

H- Chiều sâu nước đập (m)

- hs1(1%) là chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%

- K1, K2 là các hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối và đặc trưng vật liệugia cố mái đập, được xác định bằng cách tra phụ lục P2-3(Trang 208 – sáchTKCTTLVVN – ĐHTL)

- K3 là hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m, được xác địnhbằng cách tra phụ lục P2-4 (Trang 208 – sách TKCTTLVVN – ĐHTL).

- K4 là hệ số phụ thuộc vào hệ số mái nghiêng của công trình m và trị số,được xác định bằng cách tra đồ thị P2-3 (Trang 208 – sách TKCTTLVVN –ĐHTL)

- K là hệ số khi xác định chiều cao sóng leo, được xác định bằng cách traphụ lục P2-6 (Trang 114 – sách Đồ Án Thủy Công – ĐHTL)

 Xác định hs1%:

Giả thiết trường hợp này là sóng nước sâu ( H0,5) :

- Tính các giá trị không thứ nguyên gt

V và gD2

V :Trong đó:

Tra đồ thị hình P2-1 – Đồ thị xác định các yếu tố của sóng ( Trang 115 – sách

Đồ Án Thủy Công – ĐHTL) ứng với đường bao trên cùng, ta được:

6621, 75

gt

2 0,072 3,66

S

g h V g V

(2)

Theo quy phạm ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là :

- Chiều cao sóng trung bình là:

- Chu kỳ sóng trung bình là:

- Bước sóng trung bình xác định theo công thức sau:

Kiểm tra lại với điều kiện sóng nước sâu H > 0,5

Ta có:

H = 42,5 m

 H > 0,5  Giả thiết ban đầu là đúng

 Vậy sóng là sóng nước sâu.

- Chiều cao sóng ứng với mực nước bảo đảm 1% xác định theo công thứcsau: h s1% K1%h s

Trong đó:

+) h s là chiều cao sóng trung bình, h s = 1,169(m)

+) K1% là hệ số tra theo đồ thị P2-2 (Trang 115, sách Đồ Án Thủy Công –

ĐHTL) với: ; P 1%  Tra đồ thị P2-2 được K1% = 1,9

- Hệ số K1, K2 tra ở bảng P2-3 (trang 114-sách Đồ Án Thủy Công –ĐHTL), các hệ số này phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tươngđối trên mái (chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá lát bình thường   0, 2), ta có:

- Hệ số K4 tra ở đồ thị hìnhP2-3( trang 116, sách Đồ Án Thủy Công –

ĐHTL), phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

6 ' '

os ''

- K’4 là hệ số phụ thuộc vào hệ số mái nghiêng của công trình m và /h sl1%

được xác định bằng cách tra đồ thị P2-3 (Trang 116 – sách Đồ Án Thủy Công– ĐHTL) Xác định hsl(1%) theo QPTL C1-78

- K’ là hệ số khi xác định chiều cao sóng leo, được xác định bằng cách traphụ lục P2-6 (Trang 114 – sách Đồ Án Thủy Công – ĐHTL)

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

Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên:

4,46 '

S

g h V g V

Theo quy phạm ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là :

- Chiều cao sóng trung bình là:

- Chu kỳ sóng trung bình là:

- Bước sóng trung bình xác định theo công thức sau:

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

và 0,5   '  0,5 x 5,687 = 2,844

 Giả thiết là đúng Vậy sóng là sóng nước sâu

- Tính h's1% K1%h's

Trong đó:

+) h's là chiều cao sóng trung bình, h's = 0,314(m)

+) K1% là hệ số tra theo đồ thị P2-2 (Trang 115, sách Đồ Án Thủy Công – ĐHTL)

 K’1 = 0,5 ; K’2 =0,3

- Hệ số K’3 tra bảng P2-4(trang 114-sách Đồ Án Thủy Công – ĐHTL), phụthuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m

Chọn sơ bộ hệ số mái: mt = 4 ; mh = 3,5

Tra bảng P2-4 K’3 = 1,18 (nội suy), (Vgió = 12m/s > 10m/s)

- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hìnhP2-3( trang 116, sách Đồ Án Thủy Công –

ĐHTL), phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

1%

''s

h



Ta có:

Với m = 3,5 ~ 4 K4' 1,3

Do s'  0 K' 1

Vậy cao trình đập ứng với MNDGC:

Z2 = MNDGC +   h h ' 'sl a ' = 35 + 0,00246 + 0,641 + 0,5 = 36,14(m)

II MÁI ĐẬP VÀ CƠ ĐẬP

1 Mái đập

Độ dốc mái đập là cotang góc nghiêng so với mặt nằm ngang Độ dốc máiđập phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất nền v.v…Khithiết kế phải qua tính ổn định để chọn mái

Chiều cao của đập thiết kế là H = đỉnh đập - đáy đập = 37 – (-5) = 42(m),

mái dốc của đập có thể sơ bộ định theo công thức nghiệm sau:

 Mái thượng lưu: m1 = 0,05H +2,00

+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng

- Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấmkiểu tường nghiêng + sân phủ

Theo “ Mặt cắt địa chất tuyến đập” đề bài hình A cho tầng thấm T= 4 m < 5m

Ở đây, T = -5 – (-9) = 4m

Ta chọn phương án: Dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng+chân răng

Vật liệu làm tường và chân răng là đất sột.

t

h 2

y

Hình 1.1: Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + chân răng

* Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:

a) Chiều dày tường (nghiêng hay lõi)

b) Cao trình đỉnh tường (nghiêng hay lõi)

Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu

Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng  cao trình đỉnh đập đất (44 m)

c) Chiều dày chân răng:

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

Tính t 1 và t 2 :

+) Ở đầu, t1 = 20,62m

'214sin

5sin  0 

10 10

H

t    m Chọn t2 = 4m

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 = 13 – 5 = 8 m

HHLBT = MNHLbình thường – Zđáy = 10,5 – 5 = 5,5 mChọn thoát nước kiểu lăng trụ

- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ 1- 2m.Chọn 1,5m

- Do đó chiều cao lăng trụ là: Hlăng trụ = MNHLmax + 1,5 = 8 + 1,5 = 9,5 (m)

- Bề rộng đỉnh lăng trụ b = 3m

- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5

- Cao trình của lăng trụ là:

Hình 1.2: Mặt cắt ngang đập

2 Đoạn sườn đồi: Hạ lưu khụng cú nước

Ứng với trường hợp hạ lưu khụng cú nước Ta chọn thoỏt nước kiểu ỏp mỏi

PHẦN III: TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN

Khi hồ chứa làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mực nớc giữa thợng và hạ

lu Nớc sẽ chuyển động trong các kẽ rỗng trong đất nền và hai bên vai công trình tạo thành dòng thấm Đối với công trình và môi trờng xung quanh, dòng thấm gây ra những ảnh hởng bất lợi nh sau :

 Làm mất nớc từ hồ chứa cần trữ nớc

 Gây áp lực lên các bộ phận công trình giới hạn miền thấm

 Có thể làm biến hình đất nền và hai vai, đặc biệt là ở khu vực dòng thấm thoát ra, có thể dẫn tới sụt, lún, nghiêng, lật công trình

 Dòng thấm hai bên vai công trình khi thoát ra hạ lu có thể làm lầy hoá một khu vực sông, làm ảnh hởng đến ổn định của bờ và điều kiện

đi lại Vì vậy nhiệm vụ của việc giải bài toán thấm là cần xác định

 Lu luợng thấm q

 Xác định đờng bão hoà trong đập

 Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền

2 Các trờng hợp tính toán

Trong thiết kế đập đất cần tính thấm trong các trờng hợp làm việc khác nhau của đập :

 Thợng lu là MNDBT ; hạ lu là mực nớc Min tơng ứng; thiết bị chống thấm, thoát nớc làm việc bình thờng

 Thợng lu là MNDGC; hạ lu là mực nớc Max tơng ứng

 Ở thợng lu mực nớc rút đột ngột

 Trờng hợp thiết kế thoát nớc làm việc không bình thờng

 Trờng hợp thiết bị chống thấm bị hỏng

 Trong đồ án này, ta chỉ tớnh thấm cho trường hợp thứ nhất

Thượng lưu là MNDBT: h1 = MNDBT - Zđỏy = 32 – 5 = 27 (m)

Hạ lưu là mực nước min: h2 = MNHLBT - Zđỏy = 10,5 – 5 = 5,5 (m)

Thiết bị thoỏt nước chọn loại lăng trụ Sơ đồ đập cú tường nghiờng + chõn răng

Yêu cầu tính với 2 mặt cắt đại biểu

 Mặt cắt lòng sông (Chỗ tầng thấm dày nhất) (đặt 1 bản vẽ)

 Mặt cắt sờn đồi (Đập trên nền vẫn không thấm )

Theo tài liệu ở mặt cắt lòng sông, hạ lu có nớc, thiết bị thoát nớc chọnloại lăng trụ

Dùng phơng pháp phân đoạn để tớnh Bỏ qua độ cao hỳt nước a ở cuối dũng thấm, lưu lượng thấm q và độ sõu h3 sau tường nghiờng xỏc định từ hệ phương trỡnh sau:

+) : Chiều dày trung bình của tường nghiêng: 1 2 1 5

+) Chiều dài đáy đập:

L = m1 Hđập+ Bđập + Bcơ + m2  (Hđập–Hcơ ) – m’ (Hcơ–H2)

L = 437 + 6 + 3 + 3,5(37 – 28,5) – 1,5(28,5 – 5,5) = 152,25 m+) sin α = sin1402’ = 0,2425

 Thay số và giải hệ phương trình, ta có:

 h3 = 11,875 (m)

q = 4,025.10-6 (m3/s)

Hỡnh 1.3: Sơ đồ tớnh thấm cho mặt cắt lũng sụng

2 Phơng trình đờng bão hoà

Phơng trình đờng bão hoà trên trục toạ độ Oxy có dạng:

3 Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Với đập đất ,độ bền thấm bình thờng (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo

đợc nhờ bố trí tầng lọc ngợc ở thiết bị thoát nớc (mặt tiếp giáp với thân đập và

nền ) Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trờng hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền

- Với thân đập ,cần đảm bảo điều kiện:

Jkđ  [Jk]đ (*)

Trong đú: Jkđ = 3

2 3

mh L

h h

= Jk < [Jk]đ = 0,65  Đảm bảo điều kiện (*)

- Với nền đập, cần đảm bảo điều kiện:

Vậy : 0,0437 = Jkn < [Jk]n = 0,25  Đảm bảo điều kiện (**)

III TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT SƯỜN ĐỒI

Với lưu lượng đó cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trờn nền khụngthấm, hạ lưu khụng cú nước, thoỏt nước kiểu ỏp mỏi

1 Tớnh lưu lượng thấm

Theo phương phỏp phõn đoạn, lưu lượng thấm q và cỏc độ sõu h3, a0 được xỏc

- Lưu lượng thấm qua tường: 12 32 02

Do đó: h1 = 32 – 17 = 15m

+) Kd : Hệ số thấm của đập (Kd = 10-5)

+) K0 : Hệ số thấm của tường nghiêng (K0 = 4.10-9)

+) m1: Hệ số mái dốc mái thượng lưu (m1 = 4,0)

+) m2: Hệ số mái dốc mái hạ lưu (m2 = 3,5)

+)  : Chiều dày trung bình của tường nghiêng ( 3m)

 Dùng bảng tính Excel để giải hệ phương trình trên bằng phương pháp thử dần,

ta được:

Bảng 1.6 : Kết quả thử dần

1 8,6E-07 2,8E-08 5E-07 0,21,25 8,6E-07 4,4E-08 8E-07 0,3

2 8,6E-07 1,2E-07 8E-07 0,3052,5 8,5E-07 1,9E-07 8E-07 0,3055

3 8,4E-07 2,8E-07 8E-07 0,3163,5 8,3E-07 3,8E-07 8E-07 0,3165

5 8E-07 8,1E-07 8E-07 0,32054,5 8,1E-07 6,5E-07 8E-07 0,32094,9512 8E-07 8E-07 8E-07 0,321

Hình 1.4: Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt sườn đồi

2 Phương trình đường bão hòa

Phương trình đường bão hòa trong trường hợp này có dạng như sau:

3 Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Độ bền thấm được đảm bảo theo điều kiện: k  k

đ

đ

Trong đó: m = 4 (hệ số mái thượng lưu)

 J k đ - Hệ số phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình - Tra bảng

phụ lục P3-3 (trang 117 – sách Đồ Án Thủy Công – ĐHTL), ta được:

 J k đ 0,65 (cát pha)

Vậy: 0,0321 k đ   0,65

k đ

J  J 

  Đảm bảo điều kiện (***)

PHẦN IV: 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 bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp lực cơ bản)

- Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước

bị phá hoại (tổ hợp lực đặc biệt)

2 Cho mái thượng lưu

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy

- Trong Đồ án này chỉ giới hạn kiểm tra ổn định cho một số trường hợp

II TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CUNG TRƯỢT

1 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm

Để giảm bớt khối lượng tính toán, trước khi tính hệ số ổn định K ta cần xác định vùng chứa tâm trượt nguy hiểm bằng cách sử dụng 2 phương pháp:

a) Phương pháp Filennít

Theo Filennit, tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như hình vẽ dưới Điểm M1 được xác định dựa vào các góc  và , các góc này phụ thuộc vào độ dốc mái đập ( bảng 6-5, trang 146 - giáo trình Thủy Công, tập 1 – ĐHTL)

Tra bảng (6-5) với mhạ lưu = 3,5 ta được:  35,5 ;0  250

b) Phương pháp V.V Fanđêép

Theo phương pháp này sẽ cho phép ta sơ bộ xác định được khu vực chứa tâm trượt Lúc này, tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong CDEF như hình vẽ dưới Để xác định khu vực này, từ điểm giữa của mái đập hạ lưu (khi mái có độ dốc khác nhau thì lấy trị số trung bình) ta kẻ một đường thẳng đứng và một đường hợp với mái dốc một góc 850 Cũng từ điểm đó làm tâm vẽ các cung tròn có bán kính R và r, các bán kính này phụ thuộc vào chiều cao đập

và độ dốc mái trung bình Tra bảng 6-6 (trang 147 – giáo trình Thủy Công, tập 1- ĐHTL) với m = 3,5 được:

r/H = 1,25  r = H1,25 = 371,25 = 46,25m

R/H = 3,025 R = H3,025 = 373,025 = 111,9m

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 M1M Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đường thẳng N-N vuông góc với đường M1M Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác, vạch 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 Ki

min với các điểm ra của cung Qi, ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kminmin cho mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm

ra Q1 ở chân đập

Hình 1.5: Sơ đồ vùng có tâm trượt nguy hiểm

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

Có nhiều phương pháp tính hệ số an toàn K cho một cung trượt, điều khác nhau chủ yếu giữa các công thức đó là cách xác định lực thấm

Theo công thức của Ghecxêvanốp: 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

hn: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải

Nn, Tn: Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải n là Gn

Nn = Gncosn ; Tn = Gn.sinn

Gn = b. i.h i n

Trong đó:

hi: Là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là i

Với đất trên đường bão hòa lấy theo dung trọng tự nhiên: i tn  k 1 w

γ

2 = γbhnền = γknền +nγ

n = 1,59 + 0,391 = 1,98(T/m3)+) Trọng lượng riêng tự nhiên của đá ( thiết bị thoát nước):

γ

3 = γwthiết bị thoát nước =γkđá = 2,5(T/m3)

+) Trọng lượng riêng bão hòa của đá:

γ

4 = γbhthiết bị thoát nước = γkđá +nγ

n = 2,5+0,351 = 2,85(T/m3)Kết quả tính toán theo mẫu bảng sau: