ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

- Mặt khác , dựa vào mặt cắt dọc của lòng sông ta thấy bề dày tầng thấm tương đối lớn khoảng 20 m vì vậy ta có thể chọn loại đập đất kiểu tường nghiêng + sân phủ để chống thấm là hiệu

ĐỒ ÁN SỐ 2.

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤTPHẦN I : TÀI LIỆU CHO TRƯỚC

I Nhiệm vụ công trình.

Hồ chứ trên nước H trên sông S đảm nhận các 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 vàphục 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 ở 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 của

lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1 Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình,lớp phong hóa dày 0.51m

3 Vật liệu xây dựng

a Đất : xung quanh xây dựng vị trí đập có các lọai bải vật liệu như sau

:

Bải vật liệu A có : trữ lượng 800.000 m3, cự ly 800 m

Bải vật liệu B có : trữ lượng 600.000 m3, cự ly 600 m

Bải vật liệu C có : trữ lượng 1.000.000 m3, cự ly 1 km

Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng1 Điều kiện khai thác bình thường

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

b Đá : Khai thác tại vị trí cách sông 8km, trữ lượng lớn, chất lượng

đảm bảo đắp đập, lát mái Một số chỉ tiêu cơ lý :  = 320 ; 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

Bảng 1 : Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

W %

 ( độ ) C ( T/m2 )

k(T/m3)

K(m/s)

Tựnhiên

Bảohòa

Tựnhiên

BảohòaĐất đắp

Bảng 2 : Cấp phối của vật liệu đắp đập

4 Đặc trưng của hồ chứa :

- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu cho ở bảng 3

Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn là Hmax = 3m

-Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P% cho ở bảng dưới :

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT :D (bảng 3);ứng với MNDGC :D

= D + 0,3km

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua

Bảng 3 : Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm

h (m)

D(km) MNC(m) MNDBT(m)

Bìnhthườn

KhiMNC(QTK)

KhiMNDBT

PHẦN II : NỘI DUNG THIẾT KẾ

1.Thuyết minh :

- Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập

- Xác định các kích thước cơ bản của đập

- Tính toán thấm và ổn định

- Chọn cấu tạo chi tiết

2.Bản vẻ :

- Mặt bằng đập

- Mặt cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu )

- Mặt cắt ngang đại diện ở giữa lòng sông và thêm sông

- Các cấu tạo chi tiết

PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

A NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG.

I Nhiệm vụ công trình.

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

- Cấp nước tưới cho 16500 ha ruộng đất canh tác

- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân

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

Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối :

- Một đập chính ngăn sông

- Một đường tràn tháo lũ

- Một cống đặt dưới đập để lấy nước

II Chọn tuyến đập.

Dựa vào bình đồ khu đầu mối đã cho, ta chọn được tuyến đậpB – B như hình vẽ Bởi vì tại đây có bề rộng dòng sông hẹp , vẫn đảm bảo được lượng nước trong hồ là lớn nhất Nó lại gần khu vật liệu xây dựng thuận lợi cho việc xây đắp đập… Chính vì vậy ta chọn tuyến B– Blà hợp lí nhất

III Chọn loại đập.

- Căn cứ vào bản đồ địa hình , tài liệu về địa chất ta thấy có thể chọn một loại đập nào đó xây dựng trên nền địa hình này đều được cả Nhưng để đảm bảo tính kinh tế và kĩ thuật thì ta chọn loại đập đất là tốt nhất

- Mặt khác , dựa vào mặt cắt dọc của lòng sông ta thấy bề dày tầng thấm tương đối lớn ( khoảng 20 m ) vì vậy ta có thể chọn loại đập đất kiểu tường nghiêng + sân phủ để chống thấm là hiệu quả nhất

IV Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế :

1.Cấp công trình Được xác định từ 2 điều kiện sau :

a Theo chiều cao công trình và loại nền.

Xác định chiều cao của đập ta tính sơ bộ cao trình đỉnh đập :

Zđ = MNDGC + d (1)

Trong (1) : d là độ vượt cao của đỉnh đập so với MNDBT , ta có thể chọn d = 2 (m)

MNDGC = MNDBT + Hmax =77 + 3.0 = 80 (m)

Thay tất cả vào (1) ta được : Zđ = 80+ 2.0 =82 (m)

Như vậy chiều cao đập là : Hđ = Zđ - Zđáy =82 –45 = 37 (m)

Tra bảng phụ lục (P1-1) ứng với Hđ = 37 (m) và dạng đất nền là : cát, sỏi, đất sét tảng cứng và nữa cứng ta được  Cấp công trình của đập là : cấp II

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

 Công trình có nhiệm vụ là cung cấp nước sinh hoạt ít hơn là cho tưới

 Tra bảng phụ luc (P1-2) với nhiệm vụ tưới là thứ yếu và mức tướilà 1650 ha ruộng ta được  Cấp công trình của đập là : cấp V

Vậy trong hai điều kiện ở trên ta chọn công trình có cấp lớn nhất

 cấp của công trình là cấp II

2.Các chỉ tiêu thiết kế : Từ cấp công trình (cấp II) xác định

được :

- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định, kết cấu côngtrình tra bảng phụ lục (P1-3) ta được : P = 0.5%

- Ưùng với cấp công trình tra bảng phụ lục (P1-6) ta được hệ số tin cậy Kn

  h và  h’ : độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

 hsl và h’sl : chiều cao sóng leo ( có mức bảo đảm 1% ) ứng với giótính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

 a và a’ : độ vượt cao an toàn

 Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính theo (2-1) và (2-2)

a Xác định  h , h sl và a ứng với gió lớn nhất V :

- Xác định h theo công thức sau :

h = 2.10-6

H g

D V

.2

cosB (2-3) Trong đó : V là vận tốc gió tính toán lớn nhất , với P% = 2  V = 32 (m/s)

D là đà sóng ứng với MNDBT , ta có D =2.6 (km) = 2600(m)

g là gia tốc trọng trường , g = 9,81 (m2/s)

H : chiều sâu nước trước đập :

H = MNDBT – Zđáy = 77-45=32 (m)

B là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió B = 0 Thay tất cả vào (2-3) ta được : h = 2.10-6 cos0

3281,9

10.6,2)32

k1.k2.k3.k4 các hệ số

+ hs1% xác định như sau : ( theo QPTL C1-78)

 Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu : ( H > 0,5 )

 Tính các đại lượng không thứ nguyên :

V

t g.

=

32

21600.81,9

= 6621,75 Trong đó :

t : thời gian gió thổi liên tục (s) khi không có tài liệu lấy t = 6 giờ ( đối với hồ chứa )

10.6,2.81,

= 6621,75 tra đồ thị hình P2_1 ta được :

085,0

.2

V g V

= 24.9 tra đồ thị hình P2 _1 ta được :

0093,0

.2

V g V

h

g s

Chọn cặp có trị số nhỏ nhất trong 2 cặp giá trị trên :

Chọn .2

V

D g

0093,0

.2

V g V

h

g s

81,9

32.1.1

)(97,081

,9

32.0093,0.0093,

s g

V

m g

2

g =

14,3.2

26,3.81,

s

h

 =

95,1

10.5,

12

1

K K

- Hệ số K3 được tra ở bảng (P2-4), phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m

Ta chọn : m = 3,5 và với V = 32 (m/s) > 20 (m/s)  K3 = 1,5

- Hệ số K4 được tra ở đồ thị hình (P2-3), phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

% 1

6,16

5,3

% 1

s

h m

 tra đồ thị được K4 = 1.2

Thay tất cả vào (b) ta được : hsl1% = k1.k2.k3.k4.hs1% = 1.0,9.1,5.1,2.1,95 =3.16 (m).

- Xác định a : dựa vào cấp công trình là cấp II ta được a = 0,7 (m)

* Vậy cao trình đỉnh đập là : Z1 = 77 + 0,017 + 3,16 + 1,2 = 81,337 (m)

b Xác định MNDGC ,  h’ , h’ sl và a’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’ :

- Xác định MNDGC : MNDGC = MNDBT + Hmax = 77 + 3 =80 (m)

- Xác định  h’ theo công thức sau :

h’ = 2.10-6

'

'.2

H g

D V

.cosB (c) Trong đó :

g là gia tốc trọng trường , g = 9,81 (m/s2)

D’ là đà sóng ứng với MNDGC , D’ = D + 0,3km = 2,6+ 0,3 = 2,9 (km)

V là vận tốc gió bình quân lớn nhất , với P% =50  V = 12 (m/s)

H’ là chiều sâu nước trước đập , H’= MNDGC - Zmặt đất = 80 – 45 = 35 (m)

Thay tất cả vào (c) ta tính được : h’ = 2.10-6 .cosO

35.81,9

2900

hs1% - chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%;

k1.k2.k3.k4 – các hệ số , hs1% được xác định như sau ( theo QPTL 78)

C1 Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu : ( H’ > 0,5 ' )

- Tính các đại lượng không thứ nguyên :

'

V

t g

=

12

21600.81,9

= 17658

t : là thời gian gió thổi liên tục (s) khi không có tài liệu lấy t

= 6 giờ ( đối với hồ chứa )

Tính :

2 ''

V

D g

12

10.9,2.81,9

= 197.56 Tra đồ thị (P2-1) ứng với 2 đại lượng không thứ nguyên trên ta được các cặp giá trị sau

= 17658 tra đồ thị ta được :

'

105,0'

'.2

V g V

= 197,56 tra đồ thị ta được :

'

021.0'

'.2

V g V

h

g s

Chọn cặp có trị số nhỏ nhất trong 2 cặp giá trị trên :

Chọn .'2'

V

D g

'

021,0'

'.2

V g V

h

g s

81,9

12.8,1'8,1'

)(31,081,9

12.021,0'.021,0'

2 2

s g

V

m g

' 2

g =

14,3.2

2,2.81,

V

D g

h

 =

64,0

10.5,

12

1

K K

- Hệ số K3 được tra ở bảng (P2-4), phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m

Ta chọn : m = 3,5 và với V’ = 12 (m/s) < 20 (m/s)  K3 = 1,18

- Hệ số K4 được tra ở đồ thị hình (P2-3), phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

% 1'

56,7'

'

5,3

% 1

s

h

m

 Tra đồ thị ta được K4 = 1.5

Thay tất cả vào (d) ta được :

h’sl1% = k1.k2.k3.k4.hs1% = 1.0,9.1,18.1,5.0,64 = 1,02 (m)

- Xác định a’ : dựa vào cấp công trình là cấp II ta được a’= 0,5 (m)

* Vậy cao trình đỉnh đập là : Z2 = 80 + 0,0024 + 1,02 + 1 = 83,02 (m) Kết luận : ta chọn chiều cao đỉnh đập theo trị số lớn nhất trong hai cao trình trên :

Cao trình đỉnh đập là : Zđđ = 83,02 (m)

2.Bề rộng đỉnh đập B :

Theo đề bài cho đỉnh đập không có đường giao thông chạy qua nên ta có thể chọn B = 6 (m)

II Xác định mái đập và cơ đập :

1.Mái đập :

- Sơ bộ định theo công thức kinh nghiệm, sau này trị số mái được chính xác hóa qua tính toán ổn định :

- Ta sơ bộ xác định hệ số mái như sau :

 Đối với mái hạ lưu : m2= 0,05.Hđ + 1,50 = 0,05.38,02 + 1,5 = 3,401

Ta chọn lại cho phù hợp m2 = 3.5

Trong đó H : Chiều cao của đập Hđ = Zđđ - Zđáy =83,02 – 45 = 38,02 (m)

 Đối với mái thượngï lưu : m1 = 0,05.Hđ + 2,00 = 0,05.38,02 + 2 =

3.901 m Ta chọn lại cho phù hợp m1= 4.0

2.Cơ đập :

- Khi đập cao trên 10m thì ta nên bố trí cơ đập ở mái hạ lưu Chọn bề rộng cơ theo yêu cầu giao thông B = 3 m, ở cao trình +65 m

- Chọn hệ số mái sau cơ hạ lưu : m4 = 3,75

- Chọn hệ số mái trước cơ thượng lưu : m3 =4.25

3m

3m

3

1

Thiết bị chống thấm :

- Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền cĩ hệ số thấm khá lớn nên cần phải cĩ thiết bị chốngthấm cho thân đập và nền đập

- Theo tài liệu ta thấy chiều dày tầng thấm rất dày (T = 10 m)

- Do địa chất lịng sơng là lớp phủ tàn tích cĩ tính thấm lớn Đĩ chính là tầng thấm của đáy đập

Do vậy ta cĩ thể chọn thiết bị chống thấm cho đập và nền là loại cĩ tường nghiêng sân phủ

- Vật liệu làm tường và sân phủ là đất sét theo tài liệu cho

a) Chiều dày tường nghiêng :

- Trên đỉnh : Thường lấy  ≥ 0.8m ; chọn 1 1 1m

- Dưới đáy : thường lấy  J

H

2

Trong đĩ :

H : chênh lệch mực nước trước và sau tường:

H = H1 – h3 h3: Chiều cao cột nước của đường bão hịa sau tường

[J] : Gradien thấm cho phépcủa vật liệu làm tường (đất sét).Thường lấy [J] = 4÷6 Ở đây

ta chọn [J] = 5

Do h3 chưa biết nên ta giả thiết δ2=4

Vậy tường nghiêng cĩ bề dày thay đổi δ = 1 ÷ 4 m

b) Cao trình đỉnh tường nghiêng :

Ta chọn cao trình đỉnh tường nghiêng = cao trình đỉnh đập (nhằm thoả mãn là khơng thấp hơnMNDGC ở thượng lưu)

Ztn = Zđđ = 83,02 m

c) Chiều dày sân phủ :

- Ở đầu : t1 ≥ 0.5m ; chọn t1 = 1 m

Sơ bộ chọn Ls = (3 - 5)H.

Trong đó H : là cột nước max H = Hđ

Ta chọn Ls = 4.H = 4.35 = 140 m

IV Thiết bị thoát nước qua thân đập :

Thường phân biệt 2 đoạn (theo chiều dài đập)

1 Đoạn lòng sông : Hạ lưu có nước

Khi chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn, có thể chọn thoát nước kiểu lăng trụ Cao trình đỉnhlăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất, đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hoà khôngthoát ra mái hạ lưu (để phân biệt được điều này, thường độ cao vượt đỉnh lăng trụ so với mực nước hạlưu lớn nhất phải bằng 1-2 m) Bề rộng đỉnh lăng trụ thường ≥ 2m; mái trước và sau của lăng trụ chọntheo mái tự nhiên của đống đá Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược

- Đối với hạ lưu thoát nước kiểu lăng trụ :

Theo hình vẽ ta có :

+ Cao trình đỉnh lăng trụ :

lăng trụ = MNHLmax + 1 = 62,8+ 1 = 63,8 m

+ Bề rộng đỉnh lăng trụ : B lăng trụ =5 m

+ Hệ số mái trước của lăng trụ : m’ = 1.5

+ Hệ số mái sau của lăng trụ : m’2 = 2

+ Chiều cao của lăng trụ :

h lăng trụ = lăng trụ - đáy = 63,8 – 45 = 18,8 m.

Khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều ,có thể chọn thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ kết hợp với ápmái : (cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu nhỏ nhất; còn cao trình đỉnh phần áp máichọn cao hơn điểm ra của đường bão hoà ứng với trường hợp của đường hạ lưu lớn nhất)

2 Đoạn trên sườn đồi :

Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước, sơ đồ đơn giản nhất có thể chọn là thoát nước kiểu ápmái Khi cần thiết phải hạ thấp đường bão hoà có thể chọn thoát nước kiểu gối phẳng hay ống dọc

§2-3 Tính toán thấm qua đập và nền :

I Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán :

1 Nhiệm vụ tính thấm :

- Xác định lưu lượng thấm

- Xác định đường bão hoà trong đập

- Kiểm tra độ bền thấm của nền và đập

2 Các trường hợp tính toán : trong thiết kế đập cần tính thấm với các trường hợp làm việc khác nhaucủa đập :

- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước nhỏ nhất tương ứng; thiết bị chống thấm; thoátnước làm việc bình thường

- 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

3 Các mặt cắt tính toán : yêu cầu tính với 2 mặt cắt đại biểu :

- Mặt cắt lòng sông (chỗ tầng thấm dày nhất)

- Mặt cắt sườn đồi (đập trên nền không thấm)

II Tính toán thấm cho mặt cắt lòng sông :

Theo tài liệu mặt cắt ở lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bị thoát nước chọn kiểu lăng trụ

Sơ đồ đập đất có tường nghiêng +sân phủ như sau:

Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ : vì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ nhỏ hơn rất nhiều

hệ số thấm của nền và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlốpki: bỏ qua lưulượng thấm ở tường nghiêng và sân trước

Để giải bài toán này ta sử dụng phương pháp phân đoạn: Ta chia sơ đồ tính toán làm 2 đoạn : (Sơ đồ nhưhình)

- Đoạn 1: Tính từ điểm đầu tiên của sân trước tới điểm đường bão hòa thoát ra sau tường nghiêng.(Gọi

độ cao của đường bão hòa tại điểm đó là h3)

- Đoạn 2: Tính từ điểm mà đường bão hòa thoát ra sau tường nghiêng tới đểm thoát ra của đường bãohòa vào vật thoát nước

a) Tính lưu lượng thấm qua đoạn 1 : Đoạn này chủ yếu thấm qua nền đập

Áp dụng định luật Dacxy ta có:

T T h

m

L

h h K

q

s

44,0 31

3 1

h1 : Chiều sâu mực nước thượng lưu: h1 = MNDBT - đáy = 77 – 45 =32(m)

h3 : Độ cao của đường bão hòa ngay sau tường nghiêng( chưa xác định)

Ls : Chiều dài sân trước (Ls = 140 m )

T : Chiều dày tầng thấm nước T = 10 m

m1 : Hệ số mái thượng lưu Theo TK m1 = 4,0

Thay vào (1) ta được:

10 0,44,144

3210

.10.44,0.0,4

h

h K

m h m L

h h K

h m L

h h

K

44,0'

.) (

2

2 3

1

2 3

3 1

2 2

m’: Hệ số mái thượng lưu của vật thoát nước: m’ = 1,5

L : Chiều dài đáy đập tính từ điểm chân thượng lưu đập đến điểm vào vật thoát nước của đường bão hòa

94

,

570

5,15

10.10.44,05,15.5,1.47,222

5,15

).47,222

.(

2

5,15

3

3

3

2 2

3

3

3 3

2 2

3

h

h K h

n đ

) 5 , 15 (

8 4 , 445

5 , 15

10 0 , 4 4 , 144

) 32

(

3

3 3

2 2

3

3 3

h

h K

h

h K q

h

h K

q

n d

n

(*)

Thay (1’) vào (2’) ta được:

10 4 4

,

144

) 32

) 5 , 15 (

8 4 , 445

5 , 15

3

3 3

2 2

3

h

h K h

thay vào (1’) ta được: q = 7.10-8 (m3/s)

-Với h3 = 16.21 m kiểm tra lại  J

H

2

21.1635







J H

Vậy giả thiết 2 4là đúng

2 Phương trình đường bão hoà

Chọn hệ trục toạ độ như hình Khi đó phương trình đường bão hòa có dạng:

X h m L

h h h Y

3 1

2 2

2 3 2 3

5,1521,163

h h

J d k

 J k d : hệ số phụ thuộc vào loại đất thân đập.Tra bảng (P3-3) ứng với :

Đất cát pha ,Công trình cấp II :

Ta có :