Do đất đắp đập là thắm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu da cho ta thay trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá nhiều, chất
Trang 1DO AN MON HOC THUY CONG THIET KE DAP DAT
A TAI LIEU CHO TRUOC :
I Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứa nước H trên sông Š 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
H Các công trình chủ yếu ở khu đầu múi :
1 Một đập chính ngăn sông
2 Một đường tràn tháo lũ
3 Một công đặt dưới đập để lây nước
HI 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 dây 0,5- 1 m
Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thắm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1
Điều kiện khai thác bình thường
Đất sét có thê khai thác tại vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thâm
b) Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo dap dap , lat mai :
Một số chỉ tiêu cơ lý : œ =32°;n =0,35 ( của đống đá ) ; „ = 2,5 T /mỶ (của hòn đá )
c) 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 2
Trang 2Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
Bang 1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập:
Bang 2 - Cấp phối của các vật liệu đắp đập:
Loại
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 tran H,,, = 3m
-_ Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%
- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =1,5km ; tmg voi MNDGC: D’ = 1,8km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua
Trang 3
Bang 3 — Tài liệu thiết kế đập đất
Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu (m)
+ Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + H¿„= 31 +3 = 34 (m)
B NOI DUNG THIET KE
- Mat bang dap
- Cắt đọc đập (hoặc chính diện hạ lưu);
- Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thêm sông:
- Các câu tạo chỉ tiết
BÀI LÀM
A NHUNG VAN DE CHUNG
I Nhiém vu của công trình:
Lưu vực của dòng sông S là một vùng đât rộng lớn Mà nhu câu về nước của vùng này rât lớn Do vậy vân đê câp nước cho sản xuât là rât cân thiệt Chính vì vậy ta phải tạo ra một hô chứa H trên sông S Hỗ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yêu là: Câp nước tới cho 2650 ha
Trang 4Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
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
Đề thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu
HH 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 800.000m” cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000mỶ, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000mỶ, 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 thắm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu
da cho ta thay trự 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 ngợc và bảo vệ mái sau khi làm xong đập đất
IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1 Cấp công trình: xác định theo 2 điều kiện :
a) Theo chiều cao công trình và loại nên :
Trang 5Vay chiéu cao dap
Hsp = Zainn aap - Zaay dap = 36-0 = 36m
- Tân suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Tra bảng P1-3 ta có P = 0,5%
- Hệ số tin cậy Kạ : Tra bảng P1-6 ta có Kạ = 1,20
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất tương ứng với cấp công trình cấp II là P=2%, vàP=25% (theo 4.2 14 TCN 157-2005 )
- Theo quan hệ tài liệu cho :
P=2% — V =32 m/s : MNDBT P=25 % — V = 15,5 m/s : MNDGC
B CAC KICH THUOC CO BAN CUA DAP DAT
Ah và Ah? : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;
hg và hạ” : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất
a va a’: DO vuot cao an toàn ứng với cấp công trình cấp II
=L2
h ““ (Bảng 4.1 14TCN 157-2005)
a =1,0
Trang 6Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
a) Xác định Ah, hụ ứng với gió lớn nhất V :
Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
hyii%) = Ki Ko Kz Ky bei,
Trong đó:
h;¡„ - Chiêu cao sóng với mức bảo đảm 1%;
Kị, K¿ - các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối A /h¡ và đặc trưng vật liệu gia cỗ mái đập được tra ở bảng phụ lục P2-3;
K; - hệ số phụ thuộc vào tốc độ gid va hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4;
K¿ - hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3
Xác định h1
- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là: H > 0,5 7
- Tính các giá trị không thứ nguyên £2
Trang 8Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
Kị, K; - các hệ số phụ thuộc độ nhắm tương đối A /h¡ và đặc trưng vật liệu gia cô mái đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá xây A =0,02 vậy
Tra hệ số Kạ: giả thiết hệ số mái m = 345 ; V =32m/s tra bảng P2-4 ta được K; =1,5
A 12,60
Tra K¿ : ta có =8,24 và sơ bộ chọn m= 3,5 tra trên đồ thị hình P2-3 suy ra
% b5
K„=1,15
Tra K, : a =0 tra bảng P¿.¿ suy ra K„= 1
Vậy chiêu cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
hsii% = Ky.K2.K3.Ky.Ky-hsj% = 0,95.0,85.1,5.1,15.1,53 = 2,13 (m)
Vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :
Z¡ =MNDBT + Á? + hạ + a = 31 + 0,0101 + 2,13 + 1,2 = 34,34 (m)
b Xác định Ah và hụ ung với gió bình quân lớn nhất V
Tương tự như trường hợp MNDBT nhưng tiến hành với MNLTK và vận tốc gió tương ứng với tần suất P = 25%
Trong đó
V: vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P;s„ suy ra V = 15,5 m/s
D đà sóng ứng với MNDGC
D =D+0,3km = 1500 + 300 = 1800 m
H chiều sâu nước trước đập ứng với MNDGC
H = MNDGC -— Zeinh 39 = MNDBT + Hmnax — Zasy aap
Thay s6:H =31+3-0=34m
œ; góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió
Tính toán cho trường hợp bắt lợi nhất , lẫy œ „=0=>cosœ =l
Thay các số vào công thức ta tính được Ah
Ah =2.10° ự D cosa’ = 2.10 ° ——— gH 9.81.34 — 1 = 0,003
Trang 9Kœ., : hệ số phụ thuộc vào a, tra 6 bang P2-6
Xac dinh hg, theo QPTL C1-78
Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H ] 0,5 ^ )
Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :
Kiêm tra lại điêu kiện sóng nước sau: H’ > 0,5A'
H =34 >0,5 11,99 = 5,99 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết
*Tinh h 51% = Ki% h
Trong đó:
Trang 10Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
Trong đó K¡x tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng
Kị, K;¿ - các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối A/ h;„ và đặc trưng vật liệu gia có mái
đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá xây A =0,02 vậy
` - — = 0,03 tra bang P2-3 (ndisuy) — K*=0,87;K?=0,77
Hệ số K?¿ tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái sơ bộ m =3,5 và trị số
Chiều cao đập H = Z¿ - Zasy = 36,6 -0 = 36,6 (m)
Sơ bộ hệ sô mái xác địn] sơ bộ theo công thức sau:
Trang 11+ Mái thượng lưu: my, = 0,05H +2,00 = 0,05.36,6 + 2 = 3,83
Chon chan cho mái: mị =4, mạ=3,5
2 Cơ đập:
- Dap cao 36,6m > 10m nén bố trí cơ ở mái hạ lưu
- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m nên ta đặt cơ đập hạ lưu ở cao trình +15
- Bê rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m Nén chon B,,= 3m
Ill Thiet bi chong thấm
Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn nên cân có thiết bị chống thắm cho thân đập và nên
- Nếu tầng thâm tương đôi mỏng (T< 5w) có thể chọn các thiết bị chống thâm cho đập
và cho nên thích hợp sau:
+ Chống thâm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thắm)
+ Chống thấm kiêu tường lõi + chân răng
- Nếu tang thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thâm kiêu tường nghiêng + sân phủ
Theo đề bài hình C đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 5 m
do lớp đất đưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 1 m
—= chiều dây thực của tầng thấm là T = 5 - 1 = 4 m < 5m Ta chọn phương án: Dùng thiết bị chống thâm kiêu tường nghiêng chân răng
1 Chon sơ bộ kích thước ban đầu:
4) Chiêu dày tường nghiêng :
- Trén dinh: 6, = 0,8m.Chon 6, =1m
- Dưới đây: 6, > ưới đáy: ở, — ]
Trang 12Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
Trong do: H- Là chênh lệch cột nước trước và sau tường
H = Ha, = MNDBT — MNHL =31 - 10 =21 (m)
[7] là gradien chống thấm cho phép của vật liệu làm tường Khi vật liệu làm tường bằng đất sét chọn [J| = 5 + 10 Chon [7] =5
- Chọn 6,=5m b) Cao trình đỉnh tường nghiêng:
Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu
Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng = cao trình đỉnh đập đất
c) Chiếu 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
— chiêu phía dày chân răng trên là: ¢, = = = 21,15m
sina’ sin13°40°
-Chọn chiều dầy phía dưới đáy cắm xuống
với m„e (0,740,75) m„: hệ số mái của chân răng
chon m,, = 0,75
-Từ hình vẽ ta tính được t;ạ =t¡ - 2.0,75.T (với T=4)
Suy ra tạ = 21,15 - 2.0,75.4= 16,65m
IV Thiết bị thoát nước thân đập
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập
1 Đoạn lòng sông:
- Hạ lưu có nước
Trang 13- Chiều sâu nước hạ lưu:
Ht max = MNHImax - Zaay = 12,5 - 0 = 12,5 (m)
Huy pr = MNHLBT - Z4y = 10 - 0 = 10 (m)
Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta chọn thoát nước kiêu lăng trụ
- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2) m
Chọn 1,5m
- Do đó chiều cao lăng trụ hạ = 12,5 + 1,0 = =13,5(m)
- Bề rộng đỉnh lăng trụ b>2m chọn b = 3 m
- Mai trước và mái sau của lăng tru chon m’ =1,5
2 Đoạn sườn đồi:
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước sơ đồ đơn giản nhất là thoát nước kiểu áp
mai.
Trang 15C TINH TOAN THAM QUA DAP VA NEN
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 bên thắm của đập và nên
Xác định Gradien thâm (hoặc lưu tốc thâm ) của dòng chảy trong thân , nền đập , nhất là
ở chỗ dòng thâm thoát ra ờ hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngâm › đây trồi đất và xác định
kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược
3 Các trường hợp tính toán:
Trong thiết kế đập đất cần tính thâm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập
- Thượng lưu là MNDBTT, hạ lưu là mực nước min tương ứng
- Thượng lưu là MNDGC, 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 thắm bị hỏng
Ta chỉ tính thâm cho trường hợp thứ nhất ,thiết bị chống thâm làm việc bình thường
Thuong luu la MNDBT: H; = MNDBT - Zgsy = 31 — 0 = 31(m)
Hạ lưu là mực nước mmn: Hạ = MNHLBT - Z4¿y = 10 - 0 = 10 (m)
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng
Trang 16Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
- _ Dòng thắm tuân theo định luật Đácxy
- _ Đất nên là môi trường đồng nhất đắng hướng
- Dong tham ôn định
- _ Nước chứa đầy các kẽ rỗng và đất không có tính ép co được
- _ Bài toán thâm không xét đến mao dẫn
- _ Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước
2 Tính thấm cho mặt cắt lòng sông:
Sơ đồ như hình vẽ :
Trang 18Dé án Thiy Céng — Thiét ké dap dat
a) Phương pháp tính :
Đề tính thấm qua loại đập Pavlovxki xem dòng thâm qua thân đập và nền không phụ thuộc nhau , nghĩa là xem mặt tiếp giáp giữa đập và nên là một đường dòng Như vậy có thể xác định lưu lượng thâm qua đập qd xem như đập trên nền không thâm Lưu lượng toàn phần thâm qua thân đập và nền khi đó tính bằng :
q = da * dn b) Áp dụng :
Tính cho trường hợp I : - Thượng lưu là MNDBIT, hạ lưu là mực nước min tương ứng
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a, ở cuối dòng thâm, lưu lượng thâm q và độ sâu hs sau tường nghiêng xác định từ hệ sau:
Doan 1 : Tham qua tường nghiêng chân răng
Trong do:
Hé sé tham ctia dap: Ky = 10° m/s
Hệ số thắm của thiết bi chéng tham Ky = 4.10° m/s
Hệ số thắm của nền K, = 10 m/s
Ồ: Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m
t: Chiều dày trung bình của chân răng t= 18,90 m
Trang 19L=36,6.4+10 + 36,6 3,5 - (13,5 - 0).3,5 + 3 — (13,5 — 10).1,5 = 235,00 (m)
sin & = sin 14°2’ = 0,2425
Thay va giai hé phuong trinh:
¿=4d0
2.3.0,2425 18,9 ˆ 31° -h? - 2,91 block ‘
*) Kiểm tra độ bên thấm:
- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:
Tt ili
Trong đó:
L—mh, 235—4.11./78 [1`] 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 [J,"] = 0,65
Vậy I< He] Do đó dam bao 6n dinh thắm của đập
- Với nên đập cân đảm bảo điêu kiện:
Je SS"