ĐỒ án môn học THUỶ CÔNG

Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đã cho ta thấy trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá nhiều, chất l

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ CÔNG

SỐ ĐỀ : 56A

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

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 lọc

Cấp phối như ở bảng 2

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 1

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 hòa

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

- 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 MNDBT: D =1,8km ; ứng với MNDGC: D’ = 2,1km

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua

Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất

D

(km)

MNC(m)

MNDBT(m)

Bình thường

Max Khi

MNC

Khi MNDBT

+ Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + 3 = 31,4 +3 = 34,4 (m)

B NỘI DUNG THIẾT KẾ

- 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 nàyrất 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 và tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 3

Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu mối đó là:

III Chọn loại đập:

Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối mỏng Về vật liệu địaphương chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ l-ượng 600.000m3, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m3, 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 thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đã cho ta thấy 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:

Tra bảng P1-1→ Cấp thiết kế là cấp III

b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tưới cho 2650ha Tra bảng P1-2→ Cấp thiết kế là cấp III

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

2 Chỉ tiêu thiết kế:

Từ cấp công trình xác định được:

- Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Tra bảng P1-3 ta có P = 1%

- Hệ số tin cậy Kn : Tra bảng P1-6 ta có Kn = 1,15

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (QPTL 11-77) tương ứng với P = 4%

∆ và ∆ h’ : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;

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 và a’: Độ vượt cao an toàn

Xác định hs1%

- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H ≥ 0,5 λ

- Tính các giá trị không thứ nguyên gt gD, 2

9,81.3100

38,8928

Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :

+ ứng với :

2

.3,8

7567,7

.0,075

38,89

.0,015

.0,015

g V

g h V

0, 015.28

1, 29,81

H = 29,45m ; 0,5.λ =0,5.18,38= 9,2 m ⇒H > 0,5λ ⇒ giả thiết là đúng

Vậy sóng là sóng nước sâu

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

b Xác định h’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’

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

tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy ‘ = 0⇒cos‘ =1

thay các số vào công thức ta tính được h’:

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

1765812

17658

.0,095

+ ứng với 2

2

.1,87

231,63

.0,025

0,025

g V

g h V

Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5λ'

H’ = 32,4 > 0,5 8,19 = 4,1 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết

s

h∆ = = → K’1 = 0,86 ; K’2 =0,76

- Hệ số K’3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m

- Chọn sơ bộ hệ số mái: m = 35

- Tra bảng P2-4 bằng cách nội suy ta được→ K’3 = 1,18 (Vgió = (20>12m/s > 10m/s)

- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số 1%

''S

0,025.12

0,37 9,81

- Đập cao 34m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu.

- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m

- Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m Lấy Bcơ = 3m

Theo đề bài hình A 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 nên ta phải bóc bỏ

đi 0,5 m

⇒ chiều dầy thực của tầng thấm là T = 4 - 0,5 = 3,5m < 5m Ta chọn phương án: Dùngthiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng chân răng

1 Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:

a) Chiều dày tường nghiêng

H = Hmax = MNDGC - Zđáy = 34,4 – 2 = 32,4 (m) => 3, 24

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) Chiều dày chân răng:

Chọn như đối với đáy tường nghiêng Ngoài ra còn đảm bảo điện kiện nối tiếp đều đặngiữa tường nghiêng với chân răng

Do hệ số mái thượng lưu là: m = cotgα = 4 =>α = 14o2’

⇒chiều dày chân răng phía trên là:

Chọn chiều dầy phía dưới đáy cắm xuống

với mcr (0,70,75) mcr : hệ số mái của chân răng

chọn mcr = 0,75

Từ hình vẽ ta tính được t2 = t1 - 2.0,75.T ( với T = 3,5 )

Suy ra t2 = 20,62 - 2.0,75.3,5 = 15,37 m

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:

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 11

5

20,62 sin sin14 2'

α

HHL max = MNHLmax - Zđáy = 9,2- 2 = 7,2 m

HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 7,7 -2 = 5,7m

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 (1-2)m

Hình 1

mÆt c¾t l ßng s«ng

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 13

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

- 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 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 thấm bị hỏng

Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất

Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy =31,4 – 2 = 29,4(m)

Hạ lưu là mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 7,7 - 2 = 5,7 (m)

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

II Tính thấm cho mặt cắt lòng sông

Sơ đồ như hình vẽ :

Sơ đồ TíNH THấM CHO MặT CắT LòNG SÔNG

36.0 31,4

SVTH: Nguyễn Ngụ Hiếu Lớp: 51CDC2 15

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

δ: Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m

t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 18 m

q = 2,56.10-6(m/s)

b) Phương trình đường bão hòa:

x h m L

h h

h

. 3

2 2

[Jkđ] 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 [Jkđ] = 0,65

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

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:

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

III Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi :

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

- Các thông số:

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 17

Theo địa hình ta chọn được cao trình đáy để tính thấm cho mặt cắt sườn đồi là 18(m)

dã bóc bỏ đi 0,5 m Ta có sơ đồ thấm như sau :

- Do đó h1 =36 -18 = 18(m)

- Hệ số mái m1 = 4 (thượng lưu)

m2 = 3,5 (hạ lưu)+ Z0 = δ.cosα = 3.cos14o2’ = 2,91 (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)

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 19

2 2 2

1 3 0 0

2 2

3 0

1 3 2 0 0

- Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc 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 0,2H 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.

05

B d

04 02 01 03

A

e b M

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 MB Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đường thẳng N-N vuông góc với đường MM1 Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác vách 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 Kmin với các điểm ra của cung Qi ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1 ở chân 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 vàotâm

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}

chọn m = 10

Ta có công thức tính toán sau: K =

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

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

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

(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:

γ

o = γ

wđập = γ

kđập(1 + w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944(T/m3)γ

1 = γ

bhđập = γ

kđập +n.γ

n = 1,62 + 0,35.1 = 1,97(T/m3)γ

2 = γ

bhnền = γ

knền +n.γ

n = 1,59 + 0,39.1 = 1,98(T/m3)γ

3 = γ

wthiết bị thoát nước =γ

kđá = 2,5(T/m3)γ

4 = γ

bhthiết bị thoát nước = γ

kđá +n.γ

n = 2,5+0,35.1 = 2,85(T/m3)

ho: Chiều cao từ mái đập đến đường bão hòa

h1: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập

h2: Chiều cao từ đáy đập đến đáy cung trượt

h3: Chiều cao từ mái và đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa

h4: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước)

- ứng với tâm O1 và điểm chân ra Q ta có bán kính R1, bế rộng dải là

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:

Ta được Kmin min = 1,489

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 23

Đồ Án Môn Học Thủy Công

0 -1 -2 1

2 3 4 5 6 7

25

7

6 5 4 3

4 20.3

6 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 547.43 0.40 0.92 218.97 501.73 0.00 2.40 36.22 20.00 0.36 182.51

5 19.5

20.00 0.00 0.00 0.00 0.00 524.84 0.50 0.87 262.42 454.53 0.00 3.00 47.91 23.00 0.42 192.83

6 5 4 3

B 02

A

1341.87

Kmin 1.489

SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 27

6 5 4 3

A

B 03

0 7.02 8.40 4.84 0.00 0.00 13.24 570.86 0.00 1.00 0.00 570.86 190.01 0.70 10.05 22.00 0.40 153.79

1 10.7

68.76 4.12 0.00 0.00 12.88 664.91 0.10 0.99 66.49 661.58 185.77 0.70 10.10 22.00 0.40 192.13

g

1194.53

288.25

1524.26

Kmin 1.517 SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 29

6 5 4 3

02

04 B

A

Bảng 4Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 04

0 181.28 0.70 10.01 22.00 0.40 118.16

0 5.65 8.27 3.58 0.00 0.00 11.85 488.83 0.00 1.00 0.00 488.8

3168.57 0.70 9.96 22.00 0.40 129.32

7 3.59 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.28 0.70 0.71 69.49 70.90 0.00 3.00 59.76 23.00 0.42 30.08Tổn

Kmin 1.493SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 31

6 5 4 3

02 B05

A

Bảng 5Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 05

4 150.96 0.70 9.64 22.00 0.40 123.19

0 5.45 8.25 3.54 0.00 0.00 11.79 464.00 0.00 1.00 0.00 464.0

0161.58 0.70 9.59 22.00 0.40 122.12

7 3.79 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.98 0.70 0.71 70.68 72.11 0.00 3.00 57.57 23.00 0.42 30.59

Tổn

Kmin 1.505SVTH: Nguyễn Ngô Hiếu Lớp: 51CDC2 33

3) Đánh giá tính hợp lý của mái:

Mái đập đảm bảo an toàn về trượt phải thoả mãn điều kiện đối với công trình cấp II và

tổ hợp tải trọng chủ yếu:

Kmin > [K] = 1,3

Vậy số liệu đã chọn đập là hợp lý