Đồ án thủy công 1

Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Phần 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH VÀ TÀI LIỆU CƠ BẢN
1.1. Nhiệm vụ công trình
Xây dựng hồ chứa nước trên sông với các nhiệm vụ chính là:
1. Cấp nước tưới cho 5000 ha ruộng đất canh tác
2. Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân
3. Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái.
4. Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N= 1000KW
1.2. Các hạng mục công trình đầu mối
Tại đầu mối có 3 hạng mục công trình chủ yếu được xây dựng:
1. Đập chính ngăn sông – được chọn phương án là đập đất.
2. Công trình tràn tháo lũ với 2 phương án có thể lựa chọn là Đường tràn dọc hoặc máng
tràn ngang; Tràn hoạt động theo kiểu tràn tự do.
3. Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở đặt dưới thân đập đất để lấy nước phục vụ
tưới.
1.3. Các tài liệu cơ bản dùng để thiết kế:
1. Tài liệu địa hình :
- Cho trước bình đồ địa hình vùng tuyến tỷ lệ 1:2000
- Tuyến đập thiết kế đã được chọn trước trên bình đồ.
- Có 8 bình đồ 01-02-03-04-05-06-07-08 – Sinh viên được chỉ định làm đồ án với 1
bình đồ cụ thể (theo số đề trong bảng 3)
- Tài liệu địa chất : Địa chất tuyến đập tương đối đơn giản, có 3 lớp, từ trên xuống :
o Lớp 1 : Lớp phủ tàn tích dày từ 0,5-1,2m phân bố ở 2 bên bờ
o Lớp 2 : Lớp bồi tích lòng sông thấm mạnh, có bề dày từ 1-20m
o Lớp 3 : Lớp dưới cùng là đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẽ trung bình
o Chỉ tiêu cơ lý của lớp nền bồi tích được cho ở bảng 1
- Từ bình đồ địa hình, tuyến đập sinh viên phải vẽ được mặt cắt dọc địa hình tuyến đập.
- Sau đó căn cứ vào số liệu về vị trí các lổ khoan và bề dày các lớp đất tại từng lỗ khoan
để vẽ mặt cắt địa chất dọc tuyến đập.
2. Tài liệu về vật liệu xây dựng :
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 1

Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
- Đất đắp đập : Trong khu vực xây dựng có 3 bãi vật liệu, đất thuộc loại thịt pha cát,
thấm nước tương đối mạnh, đất ở các bãi vật liệu là tương đối đồng nhất, có đủ trữ
lượng để đắp đập đồng chất. Điều kiện khai thác bình thường. Chỉ tiêu cơ lý cho ở
bảng 1
- Đất sét : có thể khai thác cách vị trí xây dựng đập 4km, đủ yêu cầu và trữ lượng để
làm vật chống thấm.
- Đá : Có trữ lượng lớn, đủ để xây dựng bảo vệ mái, vật thoát nước và tường chắn
sóng… Đá có các chỉ tiêu cơ lý như sau :
o Góc ma sát trong : φ = 30
o
o Độ rỗng của đống đá : n = 0,35
o Dung trọng khô của hòn đá : γ
k
= 2,4t/m
3
o Hệ số thấm qua đống đá : k = 10
-2
m/s
- Cát sỏi : Được khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ để xây
dựng tầng lọc (cấp phối hạt cho ở bảng 2)
3.Các đặc trưng hồ chứa:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 2
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Đề
số
Sơ
đồ
Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu
(m)

Q
cống
(m
3
/s) Mực
nước
đầu
kênh
(m)
Q
tràn
(m
3
/s)
D
(km)
MNC
(m)
MNDB
T (m)
MBHLB
T
MNHL
Max
Q
tk
(MNC)
Q
(MNBT
)

(1
)
(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)
57 8-A 4.5 66.5 95.8 57.5 61.5 6.0 5.3 65.5 275
- D(km) : Chiều dài truyền sóng (còn gọi là đà gió) ứng với MNDBT
-D’(km) : Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK
D’=D+0,5km = 4.5+0.5 = 5 (km)
-MNC(m) : Cao trình mực nước chết của hồ chứa : 66.5(m)
-MNDBT(m) : Cao trình mực nước dâng bình thường của hồ chứa : 95.8(m)
-MNLTK (m) : Mực nước lũ thiết kế được tính bằng MNDBT cộng thêm cột nước lớn
nhất trên đĩnh tràn tự do :
MNLTK = MNDBT + Ht max (1)
+Trong đó: Ht max là cột nước lớn nhất trên tràn tự do khi xãy ra lũ thiết kế - cho Ht max =
4m
1.4. Phân tích chọn tuyến Đập, Công trình Tràn và Tuyến Cống lấy nước
Việc chọn tuyến xây dựng công trình phải dựa vào bình đồ khu vực cần xây dựng công
trình và kết quỏ trình khảo sỏt tỡnh hình địa chất của khu vực:
+ Về mặt địa hình : cần phải cố gắng chọn tuyến hẹp để giảm được khối lượng đắp
đập chính nhưng củng phải cần quan tâm đến tuyến đập phụ (nếu có) để tổng khối lượng
của cả công trình là nhỏ nhất.
Ngoài ra cần phải tìm cách để giảm diện tích mặt hồ (nếu có thể được) để cho diện tích
ngập lụt nhỏ nhất để giảm thiệt hại và lượng bóc hơi mặt thoáng.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 3
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc bố trí đường tràn tháo lũ và giá thành đường
tràn tháo lũ là rẻ nhất, hạn chế dòng chảy theo mái đập và thuận lợi cho việc bố trí các
công trình nối tiếp ở hạ lưu cùng với các công trình trong hệ thống.
+ Về mặt địa chất chọn tuyến có nền đồng chất và vững chắc không có nứt gãy lớn,
các chỉ số ϕ, C lớn, hệ số thấm bộ, chiều dày tầng thấm nhỏ.
+ Về điều kiện thi công : tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc dẫn dòng thi công,

giao thông đi lai vận chuyển vật liệu thi công và máy móc thiết bị thi công dể dàng thuận
lợi.
1.5. Phân tích chọn loại đập, hình thức tràn và cống lấy nước.
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và căn cứ vào vật liệu xây dựng đó đã nêu ở trên
ta thấy điều kiện điều kiện về vật liệu xây dựng rất thuận lợi để tiến hành xây dựng đập
đất, ta chọn loại hình đập là đập đất để hạ giá thành sản xuất, và tận dụng được nguồn vật
liệu địa phương, rút ngắn thời gian thi công.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 4
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Phần 2. THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
2.1. CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ
2.1.1.1. Cấp công trình
Tra theo bảng 1 QCVN 04-05:2012 trang 10
a) Theo năng lực phục vụ và khả năng trữ nước của hồ chứa:
- Hồ cấp nước tưới cho 5000 ha đất canh tác  công trình cấp III
- Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân
- Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái
- Kết hợp với thủy điện nhỏ với công suất 1000KW
b) Theo đặc tính kĩ thuật của công trình:
MNLTK = MNDBT + H
t max
= 128,0 + 4 = 132,0 (m)
Cao trình đỉnh đập: (chọn d = 2m)
Z
đỉnhđập
= MNLKT + d = 132,0 + 2 = 134,0 (m)
Vậy chiều cao đập H = Z
đỉnhđập
- Z
đáyđập

= 134,0 – 100,0 = 34,0 (m)
 Công trình là đập đất đặt trên nền đất sét, chiều cao đập 34,0m nên công trình là công
trình cấp II
c) Kết luận:
- Cấp công trình thủy lợi là cấp cao nhất trong số các cấp xác định theo từng tiêu chí
nói trên.
- Vậy cấp công trình được xác định là công trình cấp II
(theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT)
2.1.1.2. Các chỉ tiêu thiết kế
Từ công trình cấp I xác định được:
- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế, kiểm tra công trình.
(tra theo bảng 4 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT trang16)
• Tần suất thiết kế: P = 1%
• Tần suất kiểm tra: P = 0,2%
- Tần suất gió thiết kế:
(tra theo bảng 3 TCVN 8216:2009 trang 20)
• Ở MNDBT: P = 4 %
• Ở MNLTK: P = 50%
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 5
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
- Theo tài liệu đặc trưng hồ chứa, tra được các giá trị:
• P = 2% ứng với vận tốc gió là: v = 27m/s
• P = 25% ứng với vận tốc gió là: v = 12m/s
- Chiều cao an toàn của đập:
(tra theo bảng 2 TCVN 8216:2009 trang 20)
• Ở MNDBT: a = 0,7m
• Ở MNLTK: a = 0,5m
• Ở MNLKT: a = 0,2m
2.2. THIẾT KẾ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP
2.2.1. Đỉnh đập

Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao
của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (MNDBT, MN max khi có lũ
TK và lũ KT) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập quy định theo cấp công trình.
Độ vượt cao của đỉnh đập xác định theo công thức :
h
đ
=∆h + h
sl
+ a
Trong đó:
Δh: Chiều cao nước dềnh do gió (m).
h
sl
: Chiều cao sóng leo lên mái (m)
a : Chiều cao an toàn (m)
Độ vượt cao của đập quy định khác nhau cho 3 trường hợp:
a) Mực nước dâng bình thường:
 Chiều cao nước dềnh do gió:
Xác định theo công thức 114 TCVN 8241:2010 mục A.2.2:
2
cos
( 0,5 )
w
set w w
set
V L
h k
g d h
α
∆ =

+ ∆
(m)
Trong đó:
α
w
- Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. α
w
= 0
0
;
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 6
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
V
w
- Vận tốc gió tính toán ứng với P = 4%, xác định theo điều A.3.3
L - Đà sóng (m); L = 1,2.10
3
m
K
w
- hệ số lấy theo bảng A2. Có V
w
= 22,734m/s  K
w
= 2,35.10
-6
d – Chiều sâu ứng với mực nước tính toán.
Xác định giá trị V
w
: Tính theo công thức 115 TCVN 8421:2010

V
w
= k
fl
.k
l
.V
l
=0,842.1.27=22,734 (m/s)
Trong đó:
k
fl
: hệ số tính chuyển các số liệu vận tốc gió được đo bằng phong kế, được
tính theo công thức k
fl
=0,675+4,5/V
l
=0,842.
k
l
: hệ số quy đổi vận tốc về điều kiện mặt thoáng của vùng nước; k
l
=1.
V
l
: Vận tốc gió tại độ cao 10m trên mặt đất; V
l
=32m/s.
Xác định chiều sâu ứng với mực nước tính toán:
d = MNDBT - Z

đáyđập
=128,0-100,0=28,0m
Thay số vào trên ta xác định được độ cao nước dâng do gió:
Giải pt bậc 2, ta được:
⇒ ∆h
set
= 0,0053(m)
 Chiều cao sóng leo trên mái:
Theo TCVN 8421:2010, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
H
run(1%)
= K
r
. K
p
. K
sp
. K
run
. h
1%
Trong đó:
+ K
r
, K
p
: hệ số nhám và hệ số hút nước của mái dốc, được lấy
theo bảng 6.
+ K
sp

: Hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m.
Tra bảng 7: với V
w
= 27 m/s, m = 3 ÷ 5 ⇒ K
sp
= 1,5
+ K
run
: Hệ số, được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tùy theo độ
thoải của sóng vùng nước sâu.
o Xác định chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo p =1%:
- Giả thiết sóng nước sâu (d/λ>0,5 và d≥2h
1%
)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 7
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
- Tính các giá trị không thứ nguyên:
2 2
9,81.6.3600
9320,67
22,734
9,81.1200
22,78
22,734
w
w
gt
V
gL
V


= =




= =


Trong đó:
g: gia tốc trọng trường; g=9,81m/s
2
t: thời gian gió thổi liên tục; t=6h.
V
w
: vận tốc gió tính toán; V
w
=22,734m/s.
L: đà sóng ứng với MNDBT; L=1,2.10
3
m
Từ giá trị trên tra đồ thị A1ứng với đường bao trên cùng được:
2
w
0,084
9320,67
3,93
w
w
gh

V
gt
V
gT
V

=


= ⇒


=


;
2
2
0,009
22,78
1,00
w
w
w
gh
V
gL
V
gT
V


=


= ⇒


=


 Chọn cặp giá trị nhỏ nhất:
2
2
0,009
22,78
1,00
w
w
w
gh
V
gL
V
gT
V

=


= ⇒



=


Chiều cao sóng trung bình:
( )
2
2
2
22,734
0,009 0,474
9,81
w
w
V
gh
h m
V g
 
= × = × =
 ÷
 
Chu kì sóng trung bình:
22,734
1,00 2,317 ( )
9,81
w
w
V

gT
T m
V g
 
= × = × =
 ÷
 
Chiều dài sóng trung bình:
2
2
9,81.2,317
8,382( )
2 2
gT
m
λ
π π
= = =
Đối chiều điều kiện: d=28,0m>0,5λ=0,5.8,382=4,191m
Vậy sóng là sóng nước sâu.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 8
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau:
1%
.
i
h k h=
0,474h m=
: chiều cao sóng trung bình
Ki – hệ số tra đồ thị Hình A2.

với:
2 2
22,78 0,05
w w
gL gd
V V
= ⇒ =
; P = 1% suy ra Ki=2,14
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
1%
= 2,14x0,474=1,014(m)
o Xác đinh hệ số K
run
– hệ số được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tuỳ theo độ thoải của sóng
1%
/
d
h
λ
vùng nước sâu.
Có h
1%
= 1,652 (m)
⇒

1%
/ 8,382 /1,014 8,266
d
h

λ
= =
⇒
Krun =0,9
o Xác định hệ số K
r
, K
p
– lần lượt là hệ số nhám, hệ số hút nước của mái dốc, được lấy theo
Bảng 6 TCVN 8421:2010.
Xét đối với công trình, mái đập được sử dụng vật liệu đá ở khu vực lân cận để làm lát mái.
Chọn r=2cm, h
1%
=1,652; khi đó: r/h
1%
=0,02/1,652=0,012. Từ đó tra bảng ta được giá trị: Kr=0,9;
Kp=0,8.
o Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là:
Hrun(1%) = Kr.Kp.Ksp.Krun.h1% = 0,9×0,8×1,5×0,9×1,014 = 0,986 (m)
 Chiều cao sóng leo lên mái với tần suất 4%:
H
sl
=k
1%
.h
run 1%
=1.0,986=0,986 (m)
 Độ vượt cao của đập:
h
đ

=∆h + h
sl
+ a =0,0053+0,986+0,7= 1,6913 (m)
 Cao trình của đỉnh đập ứng với MNDBT:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 9
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Z
1
= MNDBT + h
đ
=128,0 + 1,6913 = 129,6913 (m)
b) Mực nước lũ thiết kế
Cao trình MNLTK: MNLTK = MNLTK + 4 = 128 + 4 = 132 (m)
 Chiều cao nước dềnh do gió:
Xác định theo công thức 114 TCVN 8241:2010 mục A.2.2:
2
cos
( 0,5 )
w
set w w
set
V L
h k
g d h
α
∆ =
+ ∆
(m)
Trong đó:
α

w
- Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. α
w
= 0
0
;
V
w
- Vận tốc gió tính toán ứng với P = 50%, xác định theo điều A.3.3
L - Đà sóng (m); L = 1200

+500=1700 m
K
w
- hệ số lấy theo bảng A2. Có V
w
= 12m/s  K
w
= 2,1.10
-6
d – Chiều sâu ứng với mực nước tính toán.
Xác định giá trị V
w
: Tính theo công thức 115 TCVN 8421:2010
V
w
= k
fl
.k
l

.V
l
=1.1.12=12 (m/s)
Trong đó:
k
fl
: hệ số tính chuyển các số liệu vận tốc gió được đo bằng phong kế, được
tính theo công thức k
fl
=0,675+4,5/V
l
=1,05 => chọn k
fl
=1
k
l
: hệ số quy đổi vận tốc về điều kiện mặt thoáng của vùng nước; k
l
=1.
V
l
: Vận tốc gió tại độ cao 10m trên mặt đất; V
l
=12m/s.
Xác định chiều sâu ứng với mực nước tính toán:
d = MNLTK - Z
đáyđập
=(128,0+4,0)-100,0=32,0m
Thay số vào trên ta xác định được độ cao nước dâng do gió:
Giải pt bậc 2, ta được:

⇒ ∆h
set
= 0,0016(m)
 Chiều cao sóng leo trên mái:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 10
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Theo TCVN 8421:2010, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
H
run(1%)
= K
r
. K
p
. K
sp
. K
run
. h
1%
Trong đó:
+ K
r
, K
p
: hệ số nhám và hệ số hút nước của mái dốc, được lấy
theo bảng 6.
+ K
sp
: Hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m.
Tra bảng 7: với V

w
= 12m/s, m = 3 ÷ 5 ⇒ K
sp
= 1,1
+ K
run
: Hệ số, được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tùy theo độ
thoải của sóng vùng nước sâu.
o Xác định chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo p =1%:
- Giả thiết sóng nước sâu (d/λ>0,5 và d≥2h
1%
)
- Tính các giá trị không thứ nguyên:
2 2
9,81.6.3600
17658
12
9,81.1200
115,81
12
w
w
gt
V
gL
V

= =





= =


Trong đó:
g: gia tốc trọng trường; g=9,81m/s
2
t: thời gian gió thổi liên tục; t=6h.
V
w
: vận tốc gió tính toán; V
w
=12m/s.
L: đà sóng ứng với MNLTK; L=1,7.10
3
m
Từ giá trị trên tra đồ thị A1ứng với đường bao trên cùng được:
2
w
0,095
17658
4,4
w
w
gh
V
gt
V
gT

V

=


= ⇒


=


;
2
2
0,027
115,81
1,64
w
w
w
gh
V
gL
V
gT
V

=



= ⇒


=


SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 11
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
 Chọn cặp giá trị nhỏ nhất:
2
2
0,027
115,81
1,64
w
w
w
gh
V
gL
V
gT
V

=


= ⇒



=


Chiều cao sóng trung bình:
( )
2
2
2
12
0,027 0,396
9,81
w
w
V
gh
h m
V g
 
= × = × =
 ÷
 
Chu kì sóng trung bình:
12
1,64 2,006( )
9,81
w
w
V
gT
T m

V g
 
= × = × =
 ÷
 
Chiều dài sóng trung bình:
2
2
9,81.2,006
6,286( )
2 2
gT
m
λ
π π
= = =
Đối chiều điều kiện: d=28,0m>0,5λ=0,5.6,286=3,143m
Vậy sóng là sóng nước sâu.
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau:
1%
.
i
h k h
=
0,396h m=
: chiều cao sóng trung bình
Ki – hệ số tra đồ thị Hình A2.
Với:
2 2
115,81 0,0034

w w
gL gd
V V
= ⇒ =
; P = 1% suy ra Ki=2,1
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
1%
= 2,1x0,396=0,834(m)
o Xác đinh hệ số K
run
– hệ số được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tuỳ theo độ thoải của sóng
1%
/
d
h
λ
vùng nước sâu.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 12
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Có h
1%
= 0,834 (m)
⇒

1%
/ 6,286 / 0,834 7,5
d
h
λ

= =
⇒
K
run
=0,85
o Xác định hệ số K
r
, K
p
– lần lượt là hệ số nhám, hệ số hút nước của mái dốc, được lấy theo
Bảng 6 TCVN 8421:2010.
Xét đối với công trình, mái đập được sử dụng vật liệu đá ở khu vực lân cận để làm lát mái.
Chọn r=2cm, h
1%
=1,652; khi đó: r/h
1%
=0,02/1,652=0,012. Từ đó tra bảng ta được giá trị: Kr=0,9;
Kp=0,8.
⇒ Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là:
Hrun(1%) = Kr.Kp.Ksp.Krun.h1% = 0,9×0,8×1,5×0,9×0,834 = 0,811 (m)
 Chiều cao sóng leo lên mái:
H
sl
=k
1%
.h
run 1%
=1.0,811=0,811 (m)
 Độ vượt cao của đập:
h

đ
=∆h + h
sl
+ a =0,0016+0,811+0,5= 1,3126 (m)
 Cao trình của đỉnh đập ứng với MNLTK:
Z
2
= MNLTK + h
đ
=132,0 + 1,3126 = 133,3126 (m)
c) Mực nước lũ kiểm tra
Cao trình MNLKT: MNLKT = MNLTK + 1 = 132 + 1 = 133 (m)
Cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT:
Z
3
= MNLKT + a= 133,0 + 0,2=133,2 (m)
d) Cao trình đỉnh đập:
∇
đỉnh đập
= ∇
dd
= max( Z
1
; Z
2
; Z
3
)
= max(129,6913; 133,3126; 133,2) = 133,3126 (m)
Vậy chọn: ∇

đỉnh đập
= 134 (m)
H
đập
= ∇
đỉnh đập
– Z
đáy
= 134 – 100 = 34 (m)
2.2.2. Bề rộng đỉnh đập B
(Theo TCVN 8216:2009 mục 6.2.1 trang 21)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 13
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cấu tạo, theo điều kiện giao thông và quốc
phòng .
Khi sử dụng đỉnh đập làm đường giao thông thì chiều rộng định phải xác định theo các
quy định của giao thông, có xét tới nhu cầu quản lý khai thác.
Khi không sử dụng đỉnh đập làm đường giao thông thì chiều rộng đỉnh phải xác định
theo kích thước của các máy móc dùng trong xây dựng và quản lý, đảm bảo đi lại thuận lợi
cho công cụ vận chuyển cầu trục thi công.
Vì đập không có yêu cầu giao thông nên B = 6 (m)
2.2.3. Mái đập và cơ đập
a. Mái đập:
Độ dốc mái đập là cotg góc nghiêng so với mặt nằm ngang. Độ dốc mái đập phụ
thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất nền v.v Khi thiết kế phải qua tính
ổn định để chọn mái.
Mái dốc của đập có thể sơ bộ như sau:
Mái thượng lưu: chọn m
1
= 4

Mái hạ lưu : chọn m
2
= 3,5
Mái thượng lưu thoải hơn mái hạ lưu chủ yếu vì nó thường xuyên bão hoà nước và
chịu tác dụng của sóng, gió, mực nước rút nhanh.
b. Cơ đập:
Đập có chiều cao H = 34 (m) , nên ta sẽ bố trí cơ đập ở phía dưới mái hạ lưu. Độ cao
giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10 - 25m. Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và thi
công. Chọn B
cơ
= 3 m
Mái thượng lưu: ∇
100
đến ∇
118
chọn m = 4,00
∇
118
đến ∇
134
chọn m = 3,5
Mái hạ lưu: ∇
108
đến ∇
119
chọn m = 3,5
∇
119
đến ∇
134

chọn m = 3,0
2.2.4. Vật chống thấm
Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bị
chống thấm cho thân đập và nền.
- Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập và
cho nền thích hợp sau:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 14
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
+ Chống thấm kiểu tương nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm).
+ Chống thấm kiểu tờng lõi + chân răng
- Nếu tầng thấm dày (T >10m) : phưong án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu
tường nghiêng + sân phủ.
Theo đề bài cho tầng thấm T=19 m > 10 m. Ta chọn phương án: Dùng vật chống thấm
kiểu tường nghiêng + sân phủ.
A. Tường nghiêng
a). Chiều dày tường nghiêng
(Theo TCVN 8216 :2009 mục 6.4.1-e trang 26)
Trên đỉnh : thường m. Chọn
1
δ
= 1,0m
Dưới đáy : Thường
[ ]
cp
Z
J
δ
=
Trong đó: Z là cột nước chênh lệch trước và sau tường chống thấm (m)

[ ]
cp
J
gradien thấm cho phép của vật liệu làm tường chống thấm.
Đối với đất sét
[ ]
cp
J
có thể lấy từ 5 đến 10.
Tính được
2
δ
= 6m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng : Chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu.
B. Sân phủ
Sân phủ (Sân trước) được bố trí ở phía thượng lưu tiếp giáp với bản đáy. Nó có tác
dụng nhiều mặt, nhưng chủ yếu là giảm lưu lượng thấm và giảm áp lực thấm lên bản đáy
công trình. Kết cấu và kích thước sân phủ phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau : ít thấm
nước, có tính mềm, dễ thích ứng với các biến hình của nền, dùng một loại vật liệu.
Các kích thước cơ bản của sân trước như sau:
a. Chiều dài sân (L
S
):
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 15
8,0
1
≥δ
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Được xác định theo các yêu cầu kinh tế và kĩ thuật. Thường sơ bộ định trước L
S

, Sau
đó tính toán thấm và ổn định công trình, dựa vào các kết quả tính toán này để điều chỉnh lại
L
S
cho hợp lý.
Công thức kinh nghiệm sơ bộ định L
S
như sau : L
S
= (3
÷
5) H
Trong đó: H là độ chênh cột nước trước và sau công trình. Lấy trường hợp bất
lợi nhất, H là cột nước lớn nhất ứng với trường hợp hạ lưu không có nước; thượng
lưu ứng với MNLTK.
H = MNLTK - Z
Đáyđập
= 132,0 – 100,0 = 32,0 (m)
L
S
= (3 ÷ 5)H = 99 ÷ 165 (m) ⇒ Lấy Ls = 150 m
- Để tránh biến dạng thấm cho lõi giữa và tường nghiêng tại mặt tiếp xúc khi J lớn
cần có lớp quá độ xây dựng theo nguyên tắc tầng lọc ngược ở hai mặt thượng và hạ
lưu của tường và lõi.
- Với tường nghiêng phải có một lớp bảo hộ ở thượng lưu để trành nứt nẻ do thay đổi
nhiệt độ, cần có lớp bảo vệ bằng cát hoặc sỏi cuội với chiều dày không nhỏ hơn 1m.
Mái tường nghiêng phải đảm bảo ổn định trượt cho cả tường nghiêng và lớp bảo vệ.
- Nếu đập được xây dựng trên nền đất không thấm nước hoặc ít thấm thỡ lõi giữa
hoặc tường nghiêng phải chôn sâu vào nền một độ sâu lớn hơn 0,5 m để chống thấm
tiếp xúc.

- Nếu đập được xây dựng trên nền đá không thấm nước thì vật chống thấm phải nối
tiếp với nền bằng gối bê tông.
b. Chiều dày sân phủ
- Mặt trên của sân phủ phủ một lớp sạn dày 1m để đảm bảo sân trước khi thi công
hoặc tháo nước trong hồ không bị nứt nẻ.
Ở đầu t
1
0,5m; chọn t
1
= 3,0m
Ở cuối t
2
; chọn t
2
= 6m
2.2.5. Vật thoát nước
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập:
a) Đoạn lòng sông : Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước ứng với MNHL
max
và MNHL
bt
H
HLmax
= MNHL
max
– Z
đáyđập
= 105,2 – 100,0 = 5,2 (m)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 16

≥
≥
[ ]
J
H
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
H
HLmin
= MNHL
BT
– Z
đáyđập
= 102,8 – 100,0 = 2,8 (m)
- Chọn thiết kế thoát nước kiểu lăng trụ . Cao trình lăng trụ cao hơn mực nước hạ lưu
lớn nhất, đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hoà không đổ ra mái hạ lưu; để
đạt được điều này, thường độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max
phải bằng 1 2 (m). Bề rộng đỉnh lăng trụ thường 1,5 (m). Chọn bằng 2 (m). Mái
trước và sau lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá. (m’
1
= 1,5 ; m’
2
= 1,5).
H
LT
= H
HLmax
+ 1,5 = 5,2 + (1 ÷ 2) = 6,2 ÷ 7,2 (m) ⇒ Chọn H
LT
= 8,0 (m)
Z

LT
= Z
đáyđập
+ H
LT
= 100,0 + 8,0 = 108,0 (m)
Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược.
b) Đoạn sườn đồi
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước; sơ đồ đơn giản nhất có thế chọn là thoát
nước kiểu áp mái
2.3. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN
2.3.1. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán
a. Nhiệm vụ tính thấm:
− Xác định lưu lượng nước thấm qua thân đập, nền và bờ để đánh giá tổn thất nước
trong tính toán kinh tế và cân bằng hồ chứa.
− Xác định vị trí đường bão hòa để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh giá sự
ổn định của mái dốc hạ lưu.
− Tính toán Gradien thấm để đánh giá mức độ xói ngầm chung và xói ngầ, cục bộ.
Từ đó xác định kích thước đập và kết cấu đập.
b. Các trường hợp tính toán:
Thấm qua đập đất phải ứng với những mức nước thương hạ lưu nhất định. Mực nước
thượng hạ lưu quy định gồm những trường hợp sau đấy:
o Thượng lưu ứng với MNDBT, hạ lưu là mức nước thấp nhất.
o Thượng lưu là mức nước cao nhất và hạ lưu có mực nước ứng với lưu lượng lũ
tháo xuống khi mức nước thượng lưu cao nhất.
o Thượng lưu là mực nước hạ thấp từ MNDBT đến mực nước thấp nhất trong
thời gian khai thác (MNC) và hạ lưu là mực nước thấp nhất
2.3.2. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
Theo tài liệu mặt cắt lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ.
Vì hệ số thấm của tường nghiêng nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số thấm của nền và thân đập

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 17
÷
≥
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
nên có thể áp dụng phương pháp giải gần đúng Pavlopxi: bỏ qua lưu lượng thấm ở tường
nghiêng – sân phủ.
a) Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là MNHLBT.
 Xác định lưu lượng thấm:
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a
0
, ta có hệ phương trình sau
để xác định q và h
3
.
1 3
1 3
( )
.
0,44.
n
s
h h T
q K
T L m h
−
=
+ +
2 2
3 2 3 2
1 3 1 3 2

( )
. .
2( ) . 0,44 '.
d n
h h h h T
q K K
L m h L m h T m h
− −
= +
− − + −
Trong đó:
q – lưu lượng thấm
K
d
– hệ số thấm của đập (K
đ
= 10
-6
m/s)
K
n
– hệ số thấm của nền (K
n
= 10
-5
m/s)
h
1
– cột nước trước đập.
h

1
= MNDBT – Z
đáy đập
= 128,0 – 99,5 = 28,5 (m)
h
2
– cột nước sau đập.
h
2
= MNHL
bt
- Z
đáy đập
= 102,8 – 99,5 = 3,3 (m)
T – bề dày tầng thấm (T = 19 m)
m
1
– hệ số mái thượng lưu đập (m
1
= 3,5)
m
2
– hệ số mái hạ lưu đập (m
2
= 3,27)
m’ – hệ số mái thượng lưu VTN (m’ = 1,5)
L – chiều dài đáy đập (L =208,83 m)
L
s
– chiều dài sân trước (L

s
= 150,0 m)
Từ đó, tính được:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 18
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
5
3
3
(28,5 ).19,0
10 .
0,44.19,0 150,0 3,5.
h
q
h
−
−
=
+ +
;
2 2
6 5
3 3
3 3
3,3 ( 3,3).19,0
10 . 10 .
2(208,83 3,5. ) 208,83 3,5. 0,44.19,0 1,5.3,3
h h
q
h h
− −

− −
= +
− − + −
Giải hệ bằng phương pháp thử dần (dùng MS. Excel)
h
3
= 14,095 m
q = 1,318.10
-5
m
3
/s
 Phương trình đường bão hòa:
Phương trình đường bão hòa trong hệ trục tọa độ như trên hình (1-1) có dạng:
2 2
2
3 2
3
1 3
.
h h
Y h x
L m h
−
= −
−
⇔
Y =
2 2
2

14,095 3,3
14,095
208,83 3,5.14,095
x
−
−
−
=
198,669 1,177x
−
 Kiểm tra độ bền thấm:
Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm
bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân
đập và nền). Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố
trong trường hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập
hoặc nền.
 Với thân đập
Cần đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
3 2
1 3
13,59 6,5
0,0442
214,92 4,0.13,59
d
K
h h
J
L m h
−

−
= = =
− −
[J
K
]
d
Tra trong bảng P3-3, với loại đất là đất sét.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 19
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
[J
K
]
d
= 1,10  Thoả mãn điều kiện thấm của đập
 Với nền đập.
Cần đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
1 2
2
28 2,8
0,0670
0,88 ' 150 214,92 0,88.19 1,5.2,8
n

K
S
h h
J
L L T m h
−
−
= = =
+ + − + + −
[J
K
]
n
Tra trong bảng P3-2 => [J
K
]
n
= 0,8
 Thoả mãn điều kiện thấm của nền đập
b) Trường hợp 2: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHL max.
 Xác định lưu lượng thấm:
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a
0
, ta có hệ phương trình sau
để xác định q và h
3
.
1 3
1 3
( )

.
0,44.
n
s
h h T
q K
T L m h
−
=
+ +
2 2
3 2 3 2
1 3 1 3 2
( )
. .
2( ) . 0,44 '.
d n
h h h h T
q K K
L m h L m h T m h
− −
= +
− − + −
Trong đó:
q – lưu lượng thấm
K
d
– hệ số thấm của đập (K
đ
= 10

-6
m/s)
K
n
– hệ số thấm của nền (K
n
= 10
-5
m/s)
h
1
– cột nước trước đập.
h
1
= MNLTK – Z
đáy đập
= 132,0 – 99,5 = 32,5 (m)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 20
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
[ ]
n
K
n
K
JJ ≤

[ ]
n
K
n
K
JJ ≤
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
h
2
– cột nước sau đập.
h
2
= MNHL
bt
- Z
đáy đập
= 105,2 – 99,5 = 5,7 (m)
T – bề dày tầng thấm (T = 19 m)
m
1
– hệ số mái thượng lưu đập (m
1
= 4,0)
m
2
– hệ số mái hạ lưu đập (m
2
= 3,5)
m’ – hệ số mái thượng lưu VTN (m’ = 1,5)
L – chiều dài đáy đập (L =214,92 m)

L
s
– chiều dài sân trước (L
s
= 150,0 m)
Từ đó, tính được:
5
3
3
(32,0 ).19,0
10 .
0,44.19,0 150,0 4,0.
h
q
h
−
−
=
+ +
;
2 2
6 5
3 3
3 3
5,2 ( 5,2).19,0
10 . 10 .
2(214,92 4,0. ) 214,92 4,0. 0,44.19,0 1,25.5,2
h h
q
h h

− −
− −
= +
− − + −
Giải hệ bằng phương pháp thử dần (dùng MS. Excel)
h
3
= 15,850 m
q = 1,384.10
-5
m
3
/s
 Phương trình đường bão hòa:
Phương trình đường bão hoà trên trục toạ độ (hình 2) có dạng:
2 2
2
3 2
3
1 3
.
h h
Y h x
L m h
−
= −
−
⇔
Y =
2 2

2
15,85 2,8
15,85
214,92 4,0.15,85
x
−
−
−
=
251,2225 1,6063x−
 Kiểm tra độ bền thấm:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 21
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Cần đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
3 2
1 3
15,85 5,8
0,065
214,92 4.15,85
d
K
h h
J
L m h
−
−
= = =
− −
[J

K
]
d
Tra trong bảng P3-3, với loại đất là đất sét. [J
K
]
d
= 1,10
 Thoả mãn điều kiện thấm của đập
a. Với nền đập.
Cần đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
1 2
2
32 5,8
0,070
0,88 ' 150 214,92 0,88.19 1,25.5,8
n
K
S
h h
J
L L T m h
− −
= = =
+ + − + + −
[J
K
]
n

Tra trong bảng P3-2.
[J
K
]
n
= 0,8  Thoả mãn điều kiện thấm của nền đập
2.3.3. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi
Với lưu lượng đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm,
hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái.
a) Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là MNHLBT.
 Tính lưu lượng thấm.
Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h
3
, a
0
được xác định từ hệ
phương trình sau.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 22
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤

[ ]
n
K
n
K
JJ ≤
[ ]
n
K
n
K
JJ ≤
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Lưu lượng thấm qua tường (1)
Lưu lượng thấm qua thân đập (2)
Lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu. (3)
Chọn mặt cắt sườn đồi tính toán tại cao trình : +124,1 m
Trong đó:
- q : Lưu lượng thấm .
- K
d
: Hệ số thấm của đập (K
d
= 10
-6
m/s)
- K
0
: Hệ số thấm của vật liệu làm tường nghiêng (K
0

= 10
-9
m/s)
- h
1
: Cột nước trước đập.
h
1
= MNDBT – Z
mặtcắt
= 128 – 124,1 =3,9(m)
- sin α = 0,2747
- m
1
: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m
1
= 3,5)
- m
2
: Hệ số mái dốc mái hạ lưu. (m
2
=3,0)
- L : Chiều dài đáy đập (L = 57,61m)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 23
αδ
−−
=
sin.2
Zhh
Kq

2
0
2
3
2
1
0
( )
0231
2
0
2
3
d
amhmL2
ah
Kq
−−
−
=
5,0m
a
Kq
2
0
d
+
=
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
- δ : Chiều dày trung bình tường nghiêng.(δ = 3,5 m )

- Z
0
= δ.cosα = 3,5x0,9615 = 3,3653 (m)
Thay các giá trị vào hệ phương trình ta có:
( )
2 2 2
9
3
2 2
6
3 0
3 0
6
0
3,9 3,3955
10
2.3,5.0,2747
10
2 57,61 3,5. 3,0.
10
3,0 0,5
h
q
h a
q
h a
a
q
−
−

−

− −
=



−

=

− −


=

+


Giải hệ bằng phương pháp thử dần ta có nghiệm:
- h
3
= 0,462 (m)
- q = 1,91.10
9
(m
3
/s)
- a
0

= 0,00668 (m)
 Phương trình đường bão hoà.
Trong hệ trục như sơ đồ thấm ta có phương trình bão hoà:
9
2 2
3
6
2. 2.1,91.10
. 0,462
10
0,2134 0,00382
d
q
y h x x
K
y x
−
−
= − = −
⇔ = −
 Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt.
Trong đó:
3
1 3
0,462
0,0082
. 57,61 3,0.0,462
Kd
h
J

L m h
= = =
− −
[J
K
]
d
Tra trong bảng P3-3. [J
K
]
d
= 1,10
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 24
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
 Thoả mãn điều kiện thấm của đập
b) Trường hợp 2: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHL max.
 Lưu lượng thấm:
Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h
3
, a
0
được xác định
từ hệ phương trình sau.
Lưu lượng thấm qua tường (1)

Lưu lượng thấm qua thân đập (2)
Lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu. (3)
Chọn mặt cắt sườn đồi tính toán tại cao trình : +124,1 m
Trong đó:
- q : Lưu lượng thấm .
- K
d
: Hệ số thấm của đập (K
d
= 10
-6
m/s)
- K
0
: Hệ số thấm của vật liệu làm tường nghiêng (K
0
= 10
-9
m/s)
- h
1
: Cột nước trước đập. h
1
= MNLTK–Z
mặtcắt
= 132–124,1 =7,9(m)
- sin α = 0.2747
- m
1
: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m

1
= 3,5)
- m
2
: Hệ số mái dốc mái hạ lưu. (m
2
=3,0)
- L : Chiều dài đáy đập (L = 57,61 m)
- δ : Chiều dày trung bình tường nghiêng.(δ = 3,5 m )
- Z
0
= δ.cosα = 3,5x0,9615 = 3,3653 (m)
Thay các giá trị vào hệ phương trình ta có:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 25
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
αδ
−−
=
sin.2
Zhh
Kq
2
0
2
3

2
1
0
( )
0231
2
0
2
3
d
amhmL2
ah
Kq
−−
−
=
5,0m
a
Kq
2
0
d
+
=