thiết kế đập bê tông trọng lực

Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
Phần 1: MỞ ĐẦU
I. Vị trí và nhiệm vụ công trình.
1. Nhiệm vụ chính là phát điện. Trạm thủy điện có công suất N=120.000 kW;
2. Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hưởng mà công trình có thể phát huy là 250.000
ha.
3. Tăng mực nước và lưu lượng sông trong mùa kiệt để có thể tưới cho 150.000 ha ruộng
đất và phục vụ giao thông thủy, tạo nguồn cấp nước cho sinh hoạt 1.000.000 người.
II. Địa hình, địa chất thủy văn.
2.1. Bình đồ khu đầu mối công trình: Tỷ lệ 1/2000: Tuyến đã được xác định và sơ bộ
bố trí các hạng mục công trình đầu mối như sau:
- Đập bê tông trọng lực dâng nước, có đoạn tràn nước;
- Nhà máy thủy điện đặt ở hạ lưu đập về phía bờ trái, nước qua tuabin sẽ được
trả lại sông để cấp nước cho hạ du. Có 4 đường hầm để dẫn nước vào nhà máy
thủy điện;
- Công trình nâng tàu (âu tàu) bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thủy điện.
2.3. Địa chất khu vực công trình:
a) Nền tuyến đập công trình: Nền sa thạch phân lớp, trên mặt có phủ một lớp đất
thịt dày từ 3 đến 5m. Đá gốc có độ phong hóa, nứt nẻ trung bình.
b) Tài liệu ép nước thí nghiệm tại tuyến đập:
Độ sâu (mét) 10 15 20
Độ mất nước (l/ph): 0,05 0,03 0,01
c) Chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
- Hệ số ma sát: f=0,65
- Các đặc trưng chống cắt: f
o
= 0,63; c=2 kG/cm
2
.
- Cường độ chịu nén giới hạn: R=1600 kG/cm

2
.
2.3. Vật liệu xây dựng: Tại khu vực này đất thịt hiếm, cát và đá có trữ lượng lớn, khai
thác ngay ở hạ lưu đập, chất lượng đảm bảo tiêu chuẩn dùng vật liệu bê tông, gỗ, tre có
trữ lượng lớn, tập trung ở thượng lưu.
2.4. Tài liệu thủy văn :
 SVTH : Phạm Văn Lạc 1 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
- Cao trình bùn cát lắng đọng (sau thời gian phục vụ công trình):
Đầu đề I
Cao trình bùn cát (m) 40
- Chỉ tiêu cơ lý của bùn cát: n=0,45; γ
k
=1,15 T/m
3
; ϕ
bh
=11
0
- Lưu lượng tháo lũ (Q
tháo
) và cột nước siêu cao trên mực nước dâng bình thường (H
t
)
Bảng 4:
Tần suất P% 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0
Q
tháo
(m3/s) 1330 1230 1190 1120 1080
H

t
(m) 5,5 5,1 4,8 4,3 4,0
- Đường quan hệ Q~Z ở hạ lưu tuyến đập:
Bảng 5:
Q ( m
3
/s)
Đầu đề I
300 33.5
500 34.4
700 35.2
900 35.8
1000 36.1
1100 36.4
1200 36.6
1550 37
 SVTH : Phạm Văn Lạc 2 GVHD : Lê Văn Hợi
Z(m)
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
2.5.Tài liệu về thủy năng:
- Trạm thủy điện có 4 tổ máy.
- Mực nước dâng bình thường(MNDBT),mực nước chết (MNC),lưu lượng qua 1 tổ máy
(Q
tm
) Bảng 6 – Tài liệu thủy năng:
Đề số Đầu bài MNDBT (m) MNC Q
TM
(m
3
/s)

13 I 89,5 45,6 120
2.6.Các tài liệu khác:
- Tốc độ gió ứng với tần suất P(%):
Tần suất P% 2 3 5 20 30 50
V(m/s) 36 34 30 22 20 18
- Chiều dài truyền sóng D = 6 Km (ứng với MNDBT)
D’ = 6,5Km (ứng với MNDGC)
- Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 8.
- Đỉnh đập không có giao thông chính đi qua.
II. Chọn tuyến đập và bố trí công trình đầu mối.
 SVTH : Phạm Văn Lạc 3 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
1. Cấp công trình: Xác định theo hai điều kiện:
- Theo chiều cao đập và loại nền (ở đây là đập bê tông trên nền đá)
Bảng P1-1. Cấp thiết kế của công trình theo đặc tính kỹ thuật của các hạng
mục công trình thủy công trình cấp III
- Theo nhiệm vụ (tưới, phát điện, phòng lũ).
Bảng P1-2. Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ: Nhà máy thủy
điện có công suất 120.000 kW công trình cấp II.
Vậy chọn cấp công trình cấp II.
2. Các chỉ tiêu thiết kế: với công trình cấp II và đập bê tông trọng lực xác định được
- Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất tính toán bảng P1-3 cấp thiết kế
0,5%
- Tần suất gió lớn nhất và bình quân lớn nhất tính toán bảng P2-1
Trường hợp tính toán Cấp thiết kế
Mực nước dâng bình thường 2
Mực nước dâng gia cường 50
- Các hệ số vượt tải,
- Hệ số điều kiện làm viêc (bảng P1-5. Hệ số điều kiện làm việc)
m=1 Khi mặt trượt đi qua các khe nứt trong đá nền

m=0,95 Khi mặt trượt qua mặt tiếp xúc giữa bê tông và đá, hoặc một phần
qua đá nguyên khối.
- Hệ số tin cậy K
n
=1,2 (bảng P1-6)
- Các độ vượt cao của đỉnh đập
Phần 2: TÍNH TOÁN MẶT CẮT ĐẬP
I . Mặt cắt cơ bản
1. Dạng mặt cắt cơ bản: Do đặc điểm chịu lực mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng
lực có dạng tam giác
+ Mực nước dâng bình thường hồ chứa MNDBT = 89,5 (m)
+ Mực nước dâng gia cường MNDGC= MNDBT+5,1 = 89,5+5,1 = 94,6 (m)
Vậy chiều cao đập cho mặt cắt cơ bản là Hđ= MNDGC-
)(6,63316,94 m
đay
=−=∇
Ở đây chọn n=(0÷0,1) ta chọn n=0
 SVTH : Phạm Văn Lạc 4 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
2. Xác định chiều rộng đáy đập
a) Theo điều kiên ổn định:
).(
].[
1
1
α
γ
γ
−+
=

nf
H
KB
b

Trong đó :
H
1
: Chiều cao mặt cắt H
1
=63,5 (m)
f : Hệ số ma sát f = 0,65
γ
1
: Dung trọng của đập = 2,4 (T/m
3
)
γ
n
: Dung trọng của nước = 1 (T/m
3
)
n : Trị số n = 0
α
1
: Hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vì đập cao, công trình quan
trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màng
chống thấm. Trị số α
1
xác định theo mức độ xử lý nền sơ bộ có thể chọn α

1
=(0,4÷0,6). Trị số α
1
được chính xác hóa ở đây ta chọn α
1
=0,5.
K
c
: Hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định trong
các quy phạm mới, ổn định của các công trình trên nền được đảm bảo khi
R
K
m
Nn
n
ttc
≤
.
Trong đó: nc: Hệ số tổ hợp tải trọng
m: Hệ số điều kiện làm việc
Kn: Hệ số đọ tin cậy
Ntt và R lần lượt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây ra trượt của lực chống
giới hạn
 SVTH : Phạm Văn Lạc 5 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
Có thể coi
==
m
Kn
K

nc
c
.
1,1
56,56
)5,00
1
4,2
.(65,0
5,63
.1,1
=
−+
=
B
(m) chọn B= 57 (m)
b) Tính B theo điều kiện ứng suất:
07,46
5,0)02.(0)01(
1
4,2
5,63
)2.()1(
1
1
=
−−+−
=
−−+−
=

α
γ
γ
nnn
H
B
b
(m)
Vậy so sánh hai trường hợp trên ta chọn B =57 (m)
II. Mặt cắt thực dụng của đập không tràn:
1. Xác định cao trình đỉnh đập:
Đỉnh đập bê tông phần không tràn xác định theo 2 điều kiện:
1
đ
∇
= MNDBT +Δh + η
s
+a (m) (1)
2
đ
∇
= MNDGC+Δh’+η
s
’+a’ (m) (2)
Trong đó:
h
∆
và
s
η

xác định với vận tốc gió lớn nhất.
∆h’ và
'
s
η
xác định với vận tốc gió tính toán bình quân lớn nhất Pmax.
a và a' là độ vượt cao an toàn.
a) Xác định
h
∆
và
s
η
a-1) Xác định
h
∆
theo công thức:
)(cos
.
.10.2
2
6
m
gH
DV
h
s
α
−
=∆

Trong đó:
V = 36(m/s): Vận tốc gió tính toán lớn nhất.
D = 6 (Km) = 6000 (m): Đà sóng ứng với MNDBT.
g = 9,81(m/s²): gia tốc trọng trường.
H = 58,5(m): chiều sâu nước trước đập. (MNDBT)
0
=
s
α
: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió.
 SVTH : Phạm Văn Lạc 6 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
=>
)(0271,01.
5,58.81,9
6000.36
.
6
10.2
2
mh
=
−
=∆
a-2) Xác định η
s
:
Trong đó:

s

K
η
: Tra đồ thị.
h: chiều cao sóng với mức bảo đảm tương ứng.
- Giả sử rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu:
)5,0(
λ
>
H
Thông số Công thức Trường hợp MNDBT = 89,5 (m)
Cách tính Giá trị
A gt/V 9,81*6*3600/36 5886
B gD/V
2
9,81*6000/36
2
45,4
C gH/V
2
9,81*58,5/36
2
0,443
- Tính các đại lượng:
5886
36
3600.6.81,9
==
V
gt
4,45

36
6000.81,9
22
==
V
gD
Tra đồ thị ta có được:
043,0
2
=
V
hg
và
64,2=
V
g
τ
=>
69,9
81,9
36.64,2
==
τ
và
)(68,146
14,3.2
69,9.81,9
2
22
m

g
===
π
τ
λ
=>
34,735,0
=
λ
Kiểm tra điều kiện:
λ
5,05,58
<=
H
(không thoã mãn điều kiện).
Vậy đây là vùng sóng nước nông.
Ta có:
443,0
36
5,58.81,9
22
==
V
gH
Tra đồ thị ta có được:
28,10
81,9
36.8,2
8,2
===>=

τ
τ
V
g
 SVTH : Phạm Văn Lạc 7 GVHD : Lê Văn Hợi
η
s
= K
ηs
.h
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
=>
)(165
14,3.2
28,10.81,9
2
22
m
g
===
π
τ
λ
72,1
81,9
36.013,0
013,0
2
2
===>=

h
V
hg
=>
87,2
5,57
165
==
H
λ
01,0
165
72,1
==
λ
h
Tra đồ thị ta có được:
1=
s
K
η
Vậy:
)(72,172,1.1. mhK
s
s
===
η
η
b) Xác định
'

h
∆
và
'
s
η
* Xác định
'
h
∆
:
)(cos 10.2
'2
6'
m
gH
DV
h
s
α
−
=∆
Trong đó:
V = 22 (m/s): Vận tốc gió bình quân lớn nhất.
D' = 6,5 (Km) = 6500 (m): Chiều dài truyền sóng ứng với MNDGC.
g = 9,81 (m/s²): Gia tốc trọng trường.
H = 63,5 (m): Chiều sâu cột nước trước đập ứng với MNDGC.
0
=
s

α
: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió.

)(01,01.
5,63.81,9
6500.22
10.2
2
6'
mh
==∆=>
−
* Xác định
'
s
η
:
Trong đó:
h : Chiều cao sóng với mức bảo đảm tương ứng.
'
s
K
η
: Tra đồ thị phụ thuộc h, H, và i.
 SVTH : Phạm Văn Lạc 8 GVHD : Lê Văn Hợi
η
s
’
= K
ηs’

.h
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
-Tính các đại lượng:
9632
22
3600681,9
=
××
=
V
gt
132
22
650081,9
22
'
=
×
=
V
gD
287,1
22
5,63.81,9
22
==
V
gH
Tra đồ thị ta có được:
26,3

81,9
22.066,0
066,0
2
2
===>=
h
V
hg
85,7
81,9
22.5,3
5,3
===>=
τ
τ
V
g
=>
26,96
14,3.2
85,7.81,9
2
22
===
π
τ
λ
g
=>

034,0
26,96
26,3
==
λ
h

Ta thấy H = 61,5 > 0,5λ sóng nước sâu
Tra đồ thi ta có được:
1
'
=
s
K
η
=>
)(26,326,3.1.
'
'
mhK
s
s
===
η
η
c ) Xác định a và a':
Ta có: Độ vượt cao an toàn: a =1,2 và a' = 1,0 (m) Tra bảng 4.2 đ< vượt cao an
toàn a trang 48 sách Bài giảng Thủy Công tập 1.
Vậy ta có:

)(45,922,172,10271,05,89
1
mahMNDBTđ
s
=+++=++∆+=∇
η

)(87,980,126,301,06,94
'
'
'
2
mahMNDGCđ
s
=+++=++∆+=∇
η
Như vậy ta chọn cao trình đỉnh đập là 99 (m), từ đó có chiều cao đập H
đ
= 68 (m)
2. Bề rộng đỉnh đập:
Đỉnh đập không có yêu cầu giao thông nên chọn b=5 (m)
3. Bố trí các lỗ khoét:
 SVTH : Phạm Văn Lạc 9 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
Các lỗ khoét có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền kết hợp để
kiểm tra, sữa chữa
Hành lang ở gần nền để sử dụng phụn vữa chống thấm với kích thước chọn theo
yêu cầu thi công công trình. Các hành lang khác chọn bằng 1,2 x 1,6 (m).
Theo chiều cao đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tang kia
15÷20 (m). Khoảng cách từ mặt thượng lưu đến mép trước của hành lang chọn

theo điều kiện chống thấm: l
1
=
J
H
, trong đó H: Cột nước tính đến đáy hành lang;
J: Gradien thấm cho phép của bê tông J=20.
l
1
= H/j =61,5/20 = 2.615 (m).
H=58.5 m
Đi?nh dâ?p= 99 m
MNDBT=58.5 m
Đa´y=31 m
III. Mặt cắt thực dụng của đập tràn.
1. Mặt cắt đập tràn: Chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không. Loại này
có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định.
- Cao trình ngưỡng tràn
∇
ngưỡng =
∇
MNDBT= 89,5 (m)
- Chọn hệ trục Oxy có trục Ox ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu;
trục Oy hướng xuống dưới gốc O ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình
ngưỡng tràn.
- Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn.
- Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại
điểm D.
 SVTH : Phạm Văn Lạc 10 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện

- Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R.
R= (0,2 0,5)(P + H
t
) = 0,3×(58,5+5,1)=19,08 (m).
R= (6 10)h
c

Trong đó: P = 58,5(m) là chiều cao đập tràn.
H
t
= 5,1 (m) là cột nước trên đỉnh tràn.
Mặt tràn nước cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF trong đó:
- AB: nhánh đi lên của đường cong Ôphixêrốp (khi mặt thượng lưu đập tràn là nghiêng,
cần kéo dài đoạn BA về phía trước cho đến khi gặp mái thượng lưu tại A).
- BC: là đoạn nằm ngang trên đỉnh.
- CD: là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp.
- DE: là một đoạn của mái thượng lưu của mặt cắt cơ bản.
- EF: là cung nối tiếp với sân sau.
Chọn góc nghiêng hợp lý của mũi phun là (30
o
35
o
) là hợp lý, vậy chọn α=30
o
 SVTH : Phạm Văn Lạc 11 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
H = 5.1
TT
X Y X = X.H Y= Y.H
1 0 0.126 0.0 0.6426

2 0.1 0.036 0.5 0.1836
3 0.2 0.007 1.0 0.0357
4 0.3 0.000 1.5 0
5 0.4 0.006 2.0 0.0306
6 0.6 0.060 3.1 0.306
7 0.8 0.146 4.1 0.7446
8 1 0.256 5.1 1.3056
9 1.2 0.394 6.1 2.0094
10 1.4 0.564 7.1 2.8764
11 1.7 0.873 8.7 4.4523
12 2 1.235 10.2 6.2985
13 2.5 1.960 12.8 9.996
14 3 2.824 15.3 14.4024
15 3.5 3.818 17.9 19.4718
16 3.6 4.031 18.4 20.5581
17 3.7 4.249 18.9 21.6699
18 3.8 4.471 19.4 22.8021
19 3.9 4.689 19.9 23.9139

63,6
58,5
1
9
57
O
R
mf
MP=38 m
Ða´y=31 m
x

y
1
9
5
3
0
°
 SVTH : Phạm Văn Lạc 12 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện

3
0
°
hl=36 m
19
58,5
57
O
R
mf
MP=38 m
Ða´y=31 m
y
5
2. Trụ pin và cầu giao thông
Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua, nhưng để đi lại kiểm tra và khai
thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông qua đập tràn, trường hợp bề rộng tràn lớn,
cần phải làm các trụ pin để đở cầu. Mặt trụ thượng hạ lưu cần đảm bảo điều kiện chảy
bao hợp lý. Cao trình đỉnh cầu giao thông chọn ngang cao trình đỉnh đập, bề rộng mặt cầu
chọn bằng mặt đập.

- Chọn cao trình đỉnh cầu giao thông ngang với đỉnh đập, bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt
đập b = 5m.
- Chọn mố trụ bin có dạng nửa tròn, mố bên là cung tròn.

ξ
mb
= 0,7 ξ
mt
=0,45 d = 2m
 SVTH : Phạm Văn Lạc 13 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
§3. TÍNH TOÁN MÀN CHỐNG THẤM
I- Mục đích
Xác định các thông số cần thiếc của màng chống thấm (chiều sâu, chiều dày, vị trí
đặt) để đảm bảo được yêu cầu chống thấm đề ra (hạn chế lượng mất nước, giảm nhỏ áp
lực thấm lên đáy đập).
II- Xác định các thông số của màng chống thấm
1. Chiều sâu phụt vữa
1
S
phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập:
theo quy phạm Liên Xô CH 123-60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định như sau:
- Khi H < 25 (m): xử lý đến độ sâu có độ mất nước 0,05 l/ph.
- Khi 25 (m) ≤ H < 75 (m): Tương ứng đến 0,03 (l/ph).
- Khi H ≥ 75 (m): Tương ứng đến 0,01 (l/ph).
Trong đó: H là cột nước thấm lớn nhất của đập.
Từ tài liệu ép nước đã cho, ta xác định được chiều sâu màng
)(15
1
mS =

.
2. Chiều dày màn chống thấm
Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn:

[ ]
)(31,2
15
2,69.5,0
m
J
H
==≥
α
δ
Trong đó: αH : cột nước tổn thất qua màn,
1
1
αα
−=
. Trong đó
1
α
đã giả thiết trên (
5,0
1
=
α
);
[ ]
J

là građient thấm cho phép của vật liệu làm màng, xác định như sau:
(theo CH 123-60)
Lượng mất nước khống chế (l/ph)
[ ]
J
Độ sâu (mét) 10 15 20
Độ mất nước (l/ph): 0,05 0,03 0,01
3. Vị trí màng chống thấm.
 SVTH : Phạm Văn Lạc 14 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
Màng chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu càng tốt. Nhưng để chống thấm cho
thành phía trước của hành lang phụt vữa cần khống chế
b
J
H
l
1
1
≥
Trong đó:
1
H
- Cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang;

b
J
- Gradient thấm cho phép của bê tông :
20
=
b

J
.
III-Kiểm tra trị số của
1
α
Trong thiết kế sơ bộ có thể áp dụng phương pháp của Pavơlốpxki, theo đó:
1
2
1
P
P
=
α
Với :
)/(5,655,65.1.
2
1
mTHP
n
===
γ



















−








+=
b
S
x
a
H
P
n
2
1
2
1

1
arccos
.
π
γ
Từ đó:


















−









+=
b
S
x
a
2
1
1
1
1
arccos
1
π
α
Trong đó:
0,1
2
31,2
2
===
δ
x

4,2
15
55
101

2
1
11
2
1
2
2
1
2
2
1
1
=














+++=

















++








+=
S
L
S
L
a
 SVTH : Phạm Văn Lạc 15 GVHD : Lê Văn Hợi

Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
4,101
15
55
1
2
1
11
2
1
2
2
1
1
2
1
2
=








+−







+=
















+−








+=

S
L
S
L
b
π a b S
1
x α
3.14 2.4 1.4 15 1 0.55

Vậy nên:
55,04,1
15
0,1
1
4,2
1
arccos
14,3
1
2
1
=



















−






+=
α
 SVTH : Phạm Văn Lạc 16 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
§4. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐẬP TRÀN
I- Tính toán khẩu diện tràn
1. Công thức chung
Sử dung công thức chung của đập tràn:
2
3
0
2 HgbmQ

nt
∑
=
σε
Trong đó:
ε
- hệ số co hẹp bên.

n
σ
- hệ số ngập, trường hợp đập tràn chảy tự do thì
1
=
n
σ
;
m - hệ số lưu lượng.

∑
b
- tổng chiều dài tràn nước.
H - cột nước trên đỉnh tràn.

t
Q
- lưu lượng tháo qua tràn.
2. Xác định các thông số
a ) Trường hợp sử dụng tất cả các tổ máy thuỷ điện để tháo lũ,
t
Q

xác định như sau:
0
QQQ
tt
α
−=
Trong đó:
Q = 1230 (m³/s) - lưu lượng tháo lũ lớn nhất;

)/(480
3
0
smQ
=
- khả năng tháo lớn nhất của nhà máy thuỷ điện, lấy trong
trường hợp cả 4 tổ máy đều làm việc.

75,0
=
t
α
-hệ số lợi dụng (lợi dụng việc sử dụng nước chạy qua tua bin vừa
phát điện vừa tháo lũ).
)/(870480.75,01230
3
smQ
t
=−=
b) Hệ số lưu lượng m của đập tràn:
 SVTH : Phạm Văn Lạc 17 GVHD : Lê Văn Hợi

Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
432,0504,0.95,0.903,0
===
tchdH
mm
σσ
Trong đó:

504,0
=
tc
m
-Hệ số lưu lượng của đập tràn tiêu chuẩn với Cơrigiơ-Ôphixêrop;

903,0=
H
σ
-hệ số sửa chữa do cột nước thay đổi;
95,0
=
hd
σ
-hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng so với mặt cắt tiêu chuẩn.
c) Hệ số co hẹp bên
ε
phụ thu<c số khoang và dạng mố, xác định theo công thức:

( )
0
1

1 0,2. .
mb mt
n
H
n b
ξ ξ
ε
+ −
= −
Trong đó:
- ξ
mt
= 0,45: hệ số co hẹp mố trụ.
- ξ
mb
= 0,7: hệ số co hẹp mố bên.
- n: số khoang.
- b: bề rộng 1 khoang.
d) C<t nước toàn phần:
2
0
0
2
t
V
H H
g
α
= +
Trong đó: V

0
- lưu tốc tới gần lấy bằng 0.
σ
n
: Hệ số ngập, trường hợp tràn chảy tự do thì lấy bằng 1.
+ Chọn sơ bộ ε = 0,95
=>
)(42
1,5.81,9.2.432,0.1.95,0
870
.2
2
3
2
3
0
m
Hgm
Q
b
n
t
===
∑
σε
(m).
+ chọn số khoang n=5 nên bờ rộng mỗi khoang là:
b = 42/5 = 8,4 => b=9 (m). suy ra
2
0

0
2
t
V
H H
g
α
= +

)(1,5
81,9.2
0
1,5 m
=+=
 SVTH : Phạm Văn Lạc 18 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
+ Tính lại :
95,0943,0
9
1,5
.
5
45,0)15(7,0
.2,01
≈=
−+
−=
ε
Vậy chọn tràn có 5 khoang mỗi khoang rộng 9 (m).
II- Tính toán tiêu năng

Chọn hình thức và biện pháp tiêu năng phóng xa.
a) Tìm góc nghiêng hợp lý của mũi phun
Chọn trước cao trình mũi phun. Để tìm góc nghiêng hợp lý của mũi phun i
m
, giả thiết
các phương án i
m
khác nhau, tính với lưu lượng xã Q
max
, tìm được chiều dài phóng xa l
p
và chiều sâu xói d
x
tương ứng.
Giá trị i
m
được coi là hợp lý khi tỉ số d
x
/l
p
là nhỏ nhất.
b) Xác định đường mặt nước trên đập tràn:
b.1 Xác định c<t nước trên đỉnh đập tràn theo biểu thức
0
QQQ
tt
α
−=
)/(870480.75,01230
3

sm
=−=
Có 5 khoang tràn và bề rộng mỗi khoang tràn b=9(m) suy ra lưu lượng tháo qua mỗi
khoang là Q
i
= Q
t
/5 = 870/5 = 174 (m
3
/s), diện tích mặt cắt ướt
ω
= b.h
V
A
=
AA
i
hhb
Q
×
=
×
=
9
174174
ω
(1)
b.2 Tính lưu tốc và đ< sâu dòng chảy tại mặt cắt A-A
Phương trình becnoulli cho mặt cắt 1-1 và A-A: (Lấy mặt cắt 0-0 làm chuẩn) trong đó tổn
thất thủy lực của dòng chảy ở đỉnh không đáng kể có thể bỏ qua.

 SVTH : Phạm Văn Lạc 19 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
A
A
d
A
P
1
P
2
V
A
B
B
C
C
l
2
l
3
l
4
l
1
H
Z
3
Z
4
V

B
?
a
a
h
a
58,5
O
MP=38 m
Ða´y=31 m
w
A
a
aa
a
h
g
v
P
hd
g
v
P
H
++++−=++
.2
.
)cos.(
.2
.

2
2
2
11
α
γ
θ
α
γ
Xem vận tốc tới gần v
1
=0 lúc đó vận tốc (
θ
cos
=
48cos
= 0,669)
V
A
=
)cos1,569,4(81,92)cos(2
θθ
AAA
hhHdg
−+×=−+
(2)
Từ (1) và (2) suy ra h
A
=1,47 (m) V
A

= 13,144 (m/s)
b.3 Đường mặt nước trong đoạn từ mặt cắt A-A đến mặt cắt B-B.
Đoạn này chúng ta cần tính và vẽ đường mặt nước trên dốc nước với i=1,11; m= 0,432;
n=0,025; Q=174 (m
3
/s).
Xác định các trị số R=
)(632,0
)47,19(2
47,19
)(2
m
hb
hb
A
A
=
+
×
=
+
×
=
χ
ω
Δ Độ nhám tương đối = 1,5 (mm)
 SVTH : Phạm Văn Lạc 20 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện

)(748,225,4

5,1
632,0
lg425,4lg4
1
m
R
i
=+=+
∆
=
λ
suy ra λ= 0,132

 SVTH : Phạm Văn Lạc 21 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
Số
mặt
cắt
h
i
ω V V
2
/2g ϶ Δ϶ χ R
RC
RC
V
J
2
2
=

J
Ji
−
Δl l
(m) (m
2
) (m/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15)
1 1.471 13.239 13.143 8.804 10.275 20.942 0.632 29.464 0.199
2 1.37 12.33 14.112 10.150 11.520 1.245 20.74 0.595 28.281 0.249 0.224 0.886 1.405 1.405
3 1.25 11.25 15.467 12.193 13.443 1.922 20.5 0.549 26.812 0.333 0.291 0.819 2.347 3.752
4 1.13 10.17 17.109 14.920 16.050 2.607 20.26 0.502 25.265 0.459 0.396 0.714 3.650 7.402
5 1 9 19.333 19.051 20.051 4.001 20 0.450 23.489 0.677 0.568 0.542 7.383 14.784
6 0.95 8.55 20.351 21.109 22.059 2.008 19.9 0.430 22.776 0.798 0.738 0.372 5.397 20.182
7 0.9 8.1 21.481 23.520 24.420 2.361 19.8 0.409 22.043 0.950 0.874 0.236 10.005 30.186
8 0.87 7.83 22.222 25.170 26.040 1.620 19.74 0.397 21.594 1.059 1.004 0.106 15.334 45.520
9 0.865 7.785 22.351 25.461 26.326 0.287 19.73 0.395 21.519 1.079 1.069 0.041 6.982 52.503
10 0.8635 7.7715 22.390 25.550 26.413 0.087 19.727 0.394 21.496 1.085 1.082 0.028 3.092 55.594
11 0.8632 7.7688 22.397 25.568 26.431 0.017 19.7264 0.394 21.491 1.086 1.085 0.025 0.712 56.307
12 0.8631 7.7679 22.400 25.574 26.437 0.006 19.7262 0.394 21.490 1.086 1.086 0.024 0.246 56.552
13 0.863 7.767 22.402 25.580 26.443 0.006 19.726 0.394 21.488 1.087 1.087 0.023 0.250 56.802
14 0.8629 7.7661 22.405 25.585 26.448 0.006 19.7258 0.394 21.487 1.087 1.087 0.023 0.254 57.057
15 0.8628 7.7652 22.408 25.591 26.454 0.006 19.7256 0.394 21.485 1.088 1.087 0.023 0.259 57.316
16 0.8627 7.7643 22.410 25.597 26.460 0.006 19.7254 0.394 21.484 1.088 1.088 0.022 0.264 57.580
17 0.8626 7.7634 22.413 25.603 26.466 0.006 19.7252 0.394 21.482 1.089 1.088 0.022 0.269 57.849
 SVTH : Phạm Văn Lạc 22 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
Vậy h
B
=0.8627 (m) và V

B
=22,41 (m/s)
)./(33,19
9
174
3
msm
b
Q
q
===
Và
k
kk
k
k
B
Bh
Bg
Q
3
3
2
)(
×
==
ω
α
suy ra h
k

=
b.4 Xác định lưu tốc tại mặt cắt co hẹp C-C sử dụng phương trình Becnoulli viết cho mặt
cắt B-B và C-C

3
22
1
2
3
2
22
12
2
2
cos
2
l
g
V
hg
V
h
R
h
g
V
zh
g
V
tb

tb
C
C
C
C
B
B
λ
θ
+
−
−+=++

Trong đó: V
tb
=
2
CB
VV
+

h
tb
=
tb
V
Q
R1 – Bán kính cong tại mũi phun.
Giải phương trình trên với cách thử dần, trước tiên giả thiết trước h
c

để tính V
C
=
C
h
q

V
B
h
B
cosθ Z
3
V
C
R
1
h
C
h
tb
l
3
V
tb
R λ
22.41 0.8627 0.6691 6.32 25.48 19 0.7586 0.8073 15.5 23.95 0.394 0.0052

A B

32.4940 32.5007
Vậy suy ra do lực hút ly tâm nên V
C
bé thua V
B
và V
C
=21,41 (m/s); h
C
=0,9028 (m)
b.5 Tính lưu tốc và chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun.
Viết phương trình Becnoulli cho mặt cắt C-C và cuối mũi phun

4
2
4
2
2
1
2
2
cos
22
12
2
2
l
g
V
h

zh
g
V
g
V
h
R
h
g
V
tb
tb
D
D
C
C
C
C
λ
α
+++=
−
−+

V
C
h
C
cosα Z
4

V
D
R
1
h
D
h
tb
l
4
V
tb
R λ
25.48 0.7586 0.866 2.55 23.18 19 0.8339 0.7945 9.5 24.33 0.3498 0.0051

A B

32.5008 32.4994

 SVTH : Phạm Văn Lạc 23 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện
Hệ số lưu tốc cuối mũi phun được xác định theo công thức:
871,3
)866,08339,055,2(81,92
18,23
)cos(2
1
=
×−×
=

−
=
α
ϕ
T
D
D
hzg
V
c) Vẽ đường bao hố xói
Tính với các cấp lưu lượng xả qua tràn từ 0 đến Q
max
(H
t
thay đổi từ 0 đến H
max
). Với
mỗi cấp lưu lượng tính được l
p
và d
x
, chọn hệ số mái của hố xói m
x
, vẽ được hố xói tương
ứng. Nối các điểm ngoài cùng của các hố xói ta được đường bao hố xói. Tính chiều dài
phóng xa L của dòng chảy theo biểu thức:

















−++=
αϕ
αϕ
2
4
4
sin.
1
111.2sin
T
D
z
z
zKL
Trong đó: z – Độ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu = 59,15 (m).
z
1
– Độ chênh mực nước từ thượng lưu đến mũi phun = 56,6 (m).

φ
D
– Hệ số lưu tốc cuối mũi phun = 3,871
K < 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của hàm khí và khuếch tán của dòng chảy
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
K =
L
L
T
F
rT
=
v
gR
T
2

Hệ số Frout được xác định theo biểu thức
581,156
3498,081,9

18,23
22
=
×
==
D
D
rD
gR
v
F
(F
rD
=F
rT
)
 SVTH : Phạm Văn Lạc 24 GVHD : Lê Văn Hợi
Bài Tập Lớn Thuỷ Công II Khoa XD Thuỷ Lợi - Thuỷ Điện

§5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP
I- Mục đích của việc tính toán ổn định
Đập bê tông trọng lực là loại đập chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân để duy trì ổn
định đập.Đập bê tông có khối lượng lớn cho nên không mất ổn định về lật mà chủ yếu là
do sự phá hoại cục bộ và khi chịu tác dụng của tải trọng động thì sinh ra các ứng suất kéo
nén ở hai mép thượng lưu và hạ lưu của đập nếu ứng suất lớn sẽ gây ra hiện tượng trượt ở
mặt tiếp xúc giữa đáy đập và nền .Do đó ta chủ yếu kiểm tra ổn định trượt phẳng ở dưới
đáy đập.
II-Các trường hợp tính toán:
Do thời gian có hạn va do yêu cầu của chương trình nên trong trường hợp này ta chi
tính cho một trường hợp ứng với MNDBT, có động đất (đặc biệt).

 SVTH : Phạm Văn Lạc 25 GVHD : Lê Văn Hợi