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 dòng

http://www haquangnguyen.co.cc

ĐỒ ÁN SỐ 2 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

ĐỀ BÀI : C16

A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC

Ư 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

IƯ 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

HIƯ Tóm tắt một số tài liệu cơ bản

1 Địa hình : cho bình đồ vùng tuyến đập

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

L/W WW GUY DL COLL Bảng 1 — Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu HS @ (độ) C(T/m”)

Loại 8 WH nhién | hoa nhién | hoa (T/m') | (m/s)

n Dat đấp

dap 0,35} 20 23 20 | 3,0 | 2,4 | 1,62 | 10°

(ché bi)

Sét (ché bi) | 0,42} 22 17 13 5,0 3,0 1,58 | 4.10° Cat 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 cua cdc vat liéu dap dap

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

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

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

— 1.11

5, Tài liệu thiết kế cống

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

- Mực nước khống chế đầu kênh tưới : bảng 3

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

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

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

- Các cấu tạo chi tiết

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

II/ 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

II 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 nền

Chiều cao đập sơ bộ xác định theo công thức:

- Tần suất gió lớn nhất tính toán (Theo QP TCVN - C1-78): 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:

V «a= MNDGC + Ah’ +h’, +a’ (1-2) Trong đó: Ah va Ah’ : D6 dénh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

h, va h’, : Chiéu cao séng leo (có mức bảo đảm 1% ) ứng với gió tính

toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

a =0,5m, a=0,4m

a Xác dinh Ah va h,, ứng với gió tính toán lớn nhất V

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

* Xác định chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm sóng 1% h ¡ạ,

Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau

Trong đó :h ,„ - Chiều cao sóng với mức bao dam 1%

=> h„=l1.0,9 1,5 1,3 1,788 = 3,138 (m) Thay các số liệu tính toán trên vào công thức xác định cao trình đính đập :

Vạ¿¿ =MNDBT + Ah +h¡+ a

V aa =144 + 0,007 + 2,457 + 0,5 = 146,96 (m) lấy tròn Vạz=147 m

b, Xác định Áh và h„, ứng với gió bình quân lớn nhất V ung

Theo tra bang P2-1 và đề bài ta có V„.„„= 12 m/s

H' =MNLTK - V¿„„„„ = 147 - 104 = 43(m)

==ễễễễƑ (ii WW LU SUV CUCL

œ: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió Theo tài liệu trắc đạc, ø1ó tính toán là vô hướng , nên ta chọn hướng bất lợi ø=0

Thay các trị số vào (1-3)

_¢ 127.1800 9,81.43

h,¡„ 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 : ee ; 7 2

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

Trị số 2 dược xác định theo công thức sau

1S (m) (1-6)

9 81.1,969?

2.314 A= = 6,06 (m) Kiém tra diéu kién (1-5)’

Hệ số K,,K, tra 6 bang P2-3 GIDATC, phu thuéc vao dac trưng lớp gia

cố mái và độ nhám tương đối trên mái

L/W WW UV CTL COC Vaa=MNDGC + Ah’ +h’, +a’

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

nghiêng )

II/ 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 đó: H là chiều cao đập

H= V ginn aan-V aay aap = 148,1 - 104 = 44,1m Thay vao cac cong thifc 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 bề 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

L/W GUY YEN COLL

đập, nối tiếp với các rãnh thoát nước ngang được bố trí chạy theo chiều mái

1/ Chiều dày tường nghiêng :

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

3 Chiều 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 nền một khoảng sao cho chiều dày chân răng bằng với chiều dày đáy tường nghiêng ðtn =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 dốc, đưa dòng thấm vào vật thoát nước tăng ổn định cho đập

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

^—————————— ï((n./xwV,lha101ug1LgL voi c0,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 Vựnyy= +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 đỉnh lăng trụ = 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 đổi :

Từ cao trình +11,4m trở lên (Từ cao trình đỉnh lăng trụ) ứng với trường hop 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-nhiệm vụ 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

— 1.11

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

Thượng lưu là MNL TK, 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 + 104 (m)

Mặt cắt sườn đồi ( đập trên nền không thấm ) ứng với cao trình đáy đập

Tại 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; mạ = 3,375

L= my.HytBay tM (V inh dap > Vaint ting tr) TC nh lạng trụ — Ÿ mực nước hạ lưu)

q = 5,43.10” (m?⁄s); h; = 17,56 m Phương trình đường bão hoà trong hệ trục toạ độ XOY: (Toa d6 trong hình vẽ)

yap Bate y= hins6t LEE BS 5 = (508-105

BANG TINH TOA BO CAC DIEM TREN DUONG BAO HOA

MAT CAT LONG SONG

——==>$ỳễ-säăằ——— | Í(|),//\1\ Ì:()()1((/11,111/\C1LCO.CC

HIL/ Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi

Tại mặt cắt này nền đập không thấm nước , hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái

iti ÔÐÔÔÔÔ Day là trường hợp đập trên nền không thấm nước, thiết bị thoát nước

kiểu áp mái phương trình tính toán xác định qạ, h; và a„ như sau:

Cao trình đáy đập tại mặt cắt nàylấy bang +10 m

m; =40 : hệ số mái dốc thượng lưu

q = 3,438 10° (m’/s)

h, = 12,76 m Đường bão hoà tượng trưng có dạng

——ỒÖễE na -Ì Í().)\.\.) Ì.(/(/j//11Q})21/)G1).).C

BẢNG TÍNH TOÁN TOẠ ĐỘ ĐIỂM THUỘC ĐƯỜNG BÃO HOÀ

D/ TINH TOAN ON DINH MAI DAP

I/ Truong hop tinh toán

Theo qui định của qui phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định

Với các trường hợp sau :

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

H/ Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt

L/W GUN UY ONCOL 1/ Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm : Sử dụng 2 phương pháp

a, Phuong phap Filennit :

Theo Filennit, tam trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM’ (hinh

vẽ) Điểm M? được xác định dựa vào các góc œ và |, các góc này phụ thuộc

độ dốc mái đập tra bảng (4-1) giáo trình Thuỷ Công tập I trang 79 Trong trường hợp này mạ; = 3,375 —> œ = 35° và B = 25° Điểm M được xác định như trong hình vẽ

b, Phương pháp Fanđêep

Theo phương pháp này tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình

thang cong abcd (hình vẽ) Để xác định khu vực này thì từ điểm giữa 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 85° Cũng lấy 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 4-2 giáo trình Thuỷ Công

tap I trang 80 ta được: r/H =1,19; R/H=2,84

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, ,trên đường NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung trượt mới, giả thiết các cung trượt này cũng tiếp XÚC với nền 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 dai

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:

2M, dT,

Cac ky hiéu trong bang tinh :

0„, C.- góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n

I,- bề rộng dải thứn: I=b/cosơ, (m) W,- áp lực thấm ở đáy dải thứ n: W,=y,.h,l„ (1/m)

LLL WWW LUV CNL COLE

%„: Trọng lượng riêng của nước y,= 1 (T/m)

sind, =~ (trong đó n là số thứ tự dải)

m N,,„1,-thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dai G, N,=G,.cosœ, (17m)

Tạ=G,.smơ, (T/m) G,- trọng lượng dải thứ n: G_= b@>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 %,„ Đối với đất, đá ở dưới đường bão hoà lấy dung trong bao hoa ¥, Yor = Ye †ÐYn.n

n : hệ số rỗng của đất Y,: trọng lượng riêng khô Dựa vào công thức trên và các số liệu đầu bài đã cho lập các bảng tính xác định trị số K „úp (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 kiện K <[K] Trong đó [K] phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp lực tác dụng lên công trinh dé (tra bang P1-7 GT DAMN : [K] = 1,2

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

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

[K]<Kzmm„=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

I.Đỉnh đập

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

II.Bảo vệ mái đập