Thủy công - Chương 4 docx

HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
1
Chương 4
4.1 GIỚI THIỆU
* CT dâng nước (đập dâng) có nhiệm vụ ngăn sông để tạo nên
một cột nước thường xuyên trước đập.
*Phânloạitheo vật liệu chính dùng để xây dựng đập:
- Nhóm đập vật liệu đòa phương (VLĐP): được x ây dựng bằng
các loại vật liệu như đất, đá có sẵn tại vùng xây dựng:
đập đất, đập đá đổ, đập đất đá hỗn hợp
- Nhóm đập bê tông (BT): được xây dựng bằng BT hoặc BT
cốt thép:
đập BT trọng lực, đập vòm, đập liên vòm, đập bản tựa
* Việc chọn loại đập nào thích hợp nhất đối với một vò trí cho sẵn
= f(đòa hình, đòa chất, vật liệu xa ây dựng, khả năng thi công, )
* Thống kê của Ủy ban quốc tế về các đập lớn (International
Committee of Large Dams, ICOLD):
x
Trên thế giới có
#
36000 đập lớn
x
Đập VLĐP chiếm
#
30000 cái (
#
83 %)
o
ưu thế của các loại
đập VLĐP (dễ thích ứng v ới phần lớn các vò trí xây dư ïng v à
thường có giá thành hạ hơn) so với các loại đập BT.

Theo tiêu chuẩn của ICOLD, một đập được gọi là lớn khi có
chiều cao vượt quá 15 m, hay, trong trường hợp của đập cao từ 10 m
y
15 m thì DT hồ > 106 m3 hay Q lũ > 2000 m3/s,
CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
2
Bảng 4.1 Số lượng các đập lớn trên thế giới (ICOLD, 1988)
Nhóm đập Loại đập Mã ICOLD Số lượng
#
%
#
Đập
VLĐP
. đất
.đá
TE
ER
30000 82,9
Đập BT . trọng lực
. vòm
. bản tựa
. liên vòm
PG
VA
CB
MV
4000
1500
360

140
11,3
4,4
1,0
0,4
Tổng cộng: 36000
Bảng 4.2 Các đập cao nhất (1996)
Tên đập Nước Loại Năm hoàn
thành
Chiều cao
(m)
Rogun
Nurek
Grand Dixence
Inguri
Tehri
Chicoasen
Tadjikistan
Tadjikistan
Thụy só
Georgia
n độ
Mexico
TE/ER
TE
PG
VA
TE/ER
TE/ER
Đang TC

1980
1962
1980
1997
1980
335
300
285
272
261
261
Có 27 đập cao hơn 200 m
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
3
Bảng 4.3 Các đập có thể tích l ớn nhất (1996)
Tên đập Nước Loại Chiều
cao (m)
Năm h.
thành
T.tích
(106m3)
Tarbela
Fort Peck
Lower Usuma
Tucurui
Ataturk
Pakistan
Mỹ
Nigeria
Brasil

Turkey
TE/ER
TE
TE
TE/ER/PG
TE/ER
143
76
49
106
184
1976
1937
1990
1984
1990
105,9
96,1
93,0
85,2
84,5
Có 19 đập có thể tích > 50.106m3
Bảng 4.4 Các đập có dung tích hồ lớn nhất (1996)
Tên đập Nước Loại Chiều
cao (m)
Năm
h. thành
D.tích
(109m3)
Owen Falls

Kakhovskaya
Kariba
Bratsk
Aswan thượng
Akosombo
Uganda
Ucraine
Zimbabwe
Nga
Egypt
Ghana
PG
TE/PG
VA
TE/PG
TE/ER
TE/ER
31
37
128
125
111
134
1954
1955
1959
1964
1970
1965
2700

182,0
180.6
169,3
168,9
153,0
Có 20 hồ chứa có DT > 50.109m3
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
4
PHẦN I ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
4.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG
x
Đất và đá là những VLĐP dùng để xây dựng đập.
x
Đất - không dính (cuội, sỏi, cát) - đất dính (sét, á sét, á cát)
Đá - liền khối - nứt nẻ - bò vỡ vụn tự nhiên
x
Yêu cầu khi thiết kế, thi công, sử dụng đập VLĐP :
- Về thủy lực:
. không cho phép nước chảy tràn qua đỉnh đập.
. không nên cho dòng chảy có V lớn chảy dọc theo mái TL
. không nên cho dòng nước xói vào mái HL (đập đất)
- Về thấm:
. Không cho phép XN trong thân và nền đập.
. Q thấm qua đập và nền < Q th ấm cho phép (khi điều tiết hồ)
. Không có hiện tượng thấm tập trung ở chỗ tiếp giáp giữa đập
với nền, bờ và các CT bê tông như CT tháo lũ, CT lấy nước.
- Về ổn đònh: mái TL và HL đập phải bảo đảm ổn đònh trong mọi
trường hợp.
- Về biến dạng: sự biến dạng của từng bộ phận riêng lẻ và tổng
thể của đập không được phá hoại sự làm việc bình thường của đập.

x Ưu điểm của đập VLĐP:
- Xây dựng được trong mọi điều kiện đòa hình và khí hậu.
- Yêu cầu về nền không cao, nhất là đối với đập đất.
- Có khả năng cơ giới hóa hoàn toàn quá trình thi công.
- Tận dụng được các loại VL tại chỗ
o
giảm giá thành CT.
- Quản lý và sửa chữa tương đối đơn giản.
x Nhược điểm của đập VLĐP:
CT tháo lũ thường được bố trí ngoài thân đ ập.
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
5
A. ĐẬP ĐẤT
4.3 PHÂN LOẠI ĐẬP ĐẤT
x Theo phương pháp thi công:
- Phương pha ùp đầm nén
(rải đất thành từng lớp rồi dùng các
thiết bò cơ giới để đầm nén cho đến khi đa át đạt được dung trọng và
độ ẩm thiết kế).
- Phương pháp t hủy lực (bồi đắp đất nhờ sử dụng thiết bò cơ giới
thủy lực: đất từ mỏ vật liệu được chuyển tới đập dưới dạng bùn).
4.3.1 Đập trên nền không thấm
x Theo kết cấu mặt cắt ngang của đập:
- Đập đồng c hất: được xây dựng bằng một loại đất có tính chống
thấm tốt
- Đập không đồng chất: được xây dựng bằng nhiều l oại đất có
tính thấm khác nhau (các loại đất có tính chống thấm tốt ở phía
thượng lưu hoặc ở chính giữa)
- Đập có bộ phận chống thấm (BPCT):
. BPCT có thể làm bằng các loại đất chống thấm tốt như sét,

á sét, hoặc bằng vật liệu cứng như bê tông cốt thép,
. BPCT đặt nghiêng theo mái TL đập (tường nghiêng, TN)
hoặc ở giữa thân đập (lõi giữa, LG).
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
6
a) Đập đồng chất b) Đập không đồng chất
c) Đập có TN bằng đất d) Đập có TN không phải bằng đất
đ) Đập có LG bằng đất e) Đập có LG không phải bằng đất
1. mái TL 2. gia cố mái TL 3. đỉnh đập 4. mái HL
5. thân đập 6. BP thoát nước 7. đáy đập 8. vùng chuyển tiếp
9. khối trung tâm 10. lớp bảo vệ 11. TN 12. khối nêm TL
13. LG 14. khối nêm HL 15. LG
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
7
4.3.2 Đập trên nền thấm nước
x Ngoài phần thân đập, phải có thêm BPCT cho nền:
- Tường răng (hoặc chân khay):
. dùng trong tr.hợp nền đất có chiều sâu không lớn lắm
(< 5
y
10 m)
. có thể làm bằng cùng loại đất như thân đập đồng chất, hoặc
có tính chống thấm tốt hơn
. có thể cắm sâu TN hay LG trong thân đập xuống nền.
- Bản cọc:
. dùng trong tr.hợp nền không phải là đá và tương đối sâu.
. thường làm bằng thép hoặc BT cốt thép
. có thể cắm xuống tận nền không thấm hoặc lơ lửng
. cũng có thể nối tiếp với TN hoặc LG của thân đập.
- Màngchốngthấm:

. dùng trong tr.hợp nền đá nứt nẻ.
. có thể làm bằng cách phụt vữa XM, XM-sét, bitum, sét
. có thể cắm xuống tận nền không thấm hoặc lơ lửng
- Sân trước:
. dùng trong tr.hợp chiều sâu nền lớn hoặc vô hạn.
. có thể nối với TN, với LG hoặc với thân đập đồng chất.
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
8
1. sân trước 2. tường răng (chân khay)
3. màng phun vật liệu chống thấm 4. màn phun lơ lửng
5. màn chống thấm xuyên qua nền thấm nước
HTS. Thuûy coâng 1. Chöông 4: Coâng trình daâng nöôùc .
9
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
10
4.4 NỀN ĐẬP
* Đập đất không có yêu cầu cao về nền
* Nền đá tốt: thích hợp nhất cho việc xây dựng mọi loại đập.
* Một số trường hợp đặc biệt của nền:
x
Nền đá b ò nứt nẻ: cần xử ly ù bằng màng chống thấm.
x
Nền đá vôi: chú ý hiện tượng xâm thực.
x
Nền đất bùn hoặc đất sét ẩm: chú ý áp lực khe rỗng
x
Nền có chứa chất hữu cơ:
- cần bóc bỏ toàn bộ (nếu lớp hữu cơ không dày)
- cần xử lý chống thấm (nếu lớp hữu cơ dày).
4.5 VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP

* Có thể sử dụ ng mọi loại đất để đắp thân đập đất, trừ hai loại sau
đây:
x
Đất có chứa muối clorua hay sulfat clorua trên 5%, muối
sulfat trên 2% theo khối lượng (vì có khả năng hòa tan trong nước).
x
Đất có chứa chất hữu cơ chưa phân giải với hàm lượng trên
5% hoặc phân giải hoàn toàn với hàm lượng trên 8% theo khối
lượng.
* Chú ý v ì đất sét nặng khó thi công nên ít được dùng để đắp thân
đập và các B PCT.
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
11
4.6 CHỌN LOẠI ĐẬP
* Chọn loại đập = f (. đòa chất nền đập,
. khí hậu ở vùng xây dựng,
. lượng và chất các loại đất tại chỗ,
. yêu cầu về hạn chế tổn thất nước do thấm
qua thân và nền đập,
* So sánh kinh te á - kỹ thuật một số phương án đập
o
chọn loại đập
thích hợp nhất.
* Một số nguyên tắc mang tính tham khảo:
x
Nền biến dạng nhiều:
- chọn loại đập đồng chất hoặc đập có LG
- tránh dùng loại có TN không phải là đất
(vì dễ gây mất ổn đònh về trượt của TN)
x

Khi vùng xây dựng mưa nhiều và thời gian mưa kéo dài:
- nên dùng các loại đất ít dính
x
Khi vùng xây dựng có nhiều loại đất đá
& đập cao vừa và cao (20 m
y
100 m):
-chọnloạiđậpkhông đồng chất
(để được mặt cắt đập nhỏ hơn so với loại đập đồng chất)
x
So sánh LG và TN bằng đất:
Ưu điểm Nhược điểm
LG
. ổn đònh tốt hơn TN
. khối lượng ít hơn
. có thể lợi dụng được đê quai
thi c ông làm thân đập sau này
. thi công chậm hơn vì nằm
giữa thân đập
. chống thấm kém hơn
. rất khó sửa chữa khi bò hư
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
12
x
Chọn loại đất và đập (tham khảo):
10-6 10-4 10-3 10-2 k(cm/s)
x x x x >
Đất o thấm Đất thấm ít Đất thấm trbình Đất thấm nhiều
Đập đồng chất Đập có BPCT

BPCT Đập không đồng chất
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
13
4.7 THIẾT KẾ SƠ BỘ MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP
4.7.1 Nội dung thiết kế
* Mặt cắt ngang của đập có dạng hình thang.
* Thiết kế mặt cắt ngang của đập là xác đònh các yếu tố:
- Đỉnh đập
(cao trình, chiều rộng)
- Mái dốc TL, HL đập (hệ số mái, cơ đập, hình thức gia cố &ø bảo vệ mái)
- BPCT (nếu có)
- BPTN (bộ phận thoát nước)
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
14
4.7.2 Đỉnh đập
a. Cao trình đỉnh đập

đđ
* Độ vượt cao d: d=h
sl
+
'
h+a
x
h
sl
: chiều cao sóng leo
(do đỉnh sóng leo lên mái dốc một đoạn rồi mới rút xuống)
Theo quy phạm Liên x ô (cũ) CH 92-60:
3

1
2
.
so
s
o
sl
sl
s
o
kh
h
m
h
O

- k
sl
: hệ số, f(hình thức gia cố mái dốc)
-h
so
,
O
so
: chiều cao , chiều dài sóng trong khu nước sâu,
f(cấp CT, TS gió)
Hình thức gia cố k
sl
- Bê tông
-Đálát

- Đá đổ . viên dạng tròn
. viên có góc cạnh
- Đá khối lớn
0,90
0,75
y
0,80
0,60
y
0,65
0,55
0,50
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
15
TS gió tính toán theo cấp đập
Điều kiện làm việc
của hồ
I - II III - IV V
MNDBT 2410
MNLTK 25 50 50
MNLKT Không tính sóng leo do gió
x
'
h: chiều cao nước dềnh do gió
2
10
g
.cos
3
d

D
hk
gH
Z
D
'
- k
d
: hệ số, = 6.10-3
y
12.10-3
-
D
g
: góc giữa trục hồ và hướng gió
x
a: chiều cao an toàn, f(mực nước trong hồ, cấp CT):
a (m) theo cấp đập
Điều kiện làm việc của hồ
I II III IV V
MNDBT 1,5 1,2 0,7 0,5 0,5
MNLTK 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5
MNLKT 0,5 0,3 0,2 0,2 0,0
* Tính

đđ
theo 3 tr.hợp MN hồ với 3 độ vượt cao tương ứng:
+
bt bt bt
zd

đđ
+
ltk ltk ltk
zd
đđ

)max(
i
 
đđ đđ
+
lkt lkt lkt
zd
đđ
VD HCN8
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
16
* Để hạ thấp

đđ (
o
giảm khối lượng đắp đập, nhất là đối với
các đập cao vừa và cao), có thể làm tường chắn sóng (TCS) bằng
BT, BT cốt thép hoặc đá xây ở mép TL của đỉnh đập.

đỉnh TCS =

đỉnh đập không có TCS

đỉnh đập có TCS = MNLKT + (

t
0,3 m)
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
17
b. Chiều rộng đỉnh đập
* Chiều rộng đỉnh đập b
đ
được xác đònh theo các điều kiện:
x
thi công (kích thước + lưu thông của máy móc, công cụ xây dựng)
x
quản lý (dùng đỉnh đập làm đường giao thông)
b
đ
t
3 m đ/v đập thấp (chiều cao đập d 20 m)
t
5 m đ/v đập cao vừa trở lên
* Bề mặt đỉnh đập cần được gia cố bằng một lớp phủ
(đá dăm, đá
lát, nhựa đường hay bê tông nhựa đường, )
tùy yêu cầu sử dụng.
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
18
4.7.3 Mái dốc và cơ đập
a. Mái dốc
* Đập đất có hai mái dốc TL và HL.
* MáiTLthoảihơnmáiHL
(vì đất phía mái TL chòu tác dụng của dòng thấm nên góc ma sát trong
của đất giảm so với đất phía mái HL).

* Hệ số mái dốc m (m
1
cho mái TL, m
2
cho mái HL)
. = cotg
E
= chiều dài/chiều cao
. f(đất đắp đập, chiều cao đập)
Đất có tính ma sát càng bé, đập càng cao
o
m càng lớn
* Nhằm giảm khối lượng và tăng ổn đònh đập:
- có thể thay đổi m trên từng đoạn cao 10 m
y
15 m
- càng xuống thấp m càng lớn, với
'
m =0,50chomáiTL
=0,25chomáiHL
Thay đổi hệ số mái dốc đập
E
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
19
b. Cơ đập
* Cơ đập: đoạn nằm ngang trên mái dốc, được thiết kế do yêu
cầu:
- thi công
(máy móc đi lại và làm việc)
- kiểm tra sửa chữa mái trong thời gian khai thác

- thu thoát nước mưa để tránh xói lở
- giao thông
(đối với mái HL)
- tăng ổn đònh đập
* Thường cơ đập được bố trí ở chỗ thay đổi m (nếu có):
* Đối với các đập cao, thường xây dựng cơ đập ở cuối phần gia
cố chính (nằm trong vùng chòu tác động lớn nhất của sóng).
* Chiều rộng cơ đập
t
3 m đối với các đập thi công bằng cơ giới.
c. Gia cố mái TL
* Mái TL đập cần được gia cố để chống lại áp lực sóng nhằm
bảo vệ khối đất thân đập:
x
Phần gia cố chính: thường có giới hạn trên là đỉnh đập và
giới hạn dưới nằm dưới MNC của hồ một chiều sâu h
gcc
=2h
1%
(h
1%
: chiều cao sóng ứng với TS 1% và ứng với MNC)
- Trong tính toán sơ bộ, có thể lấy h
gcc
=(1,5
y
2)h
s
.
- Cuối phần gia cố chính thường làm các gối tựa bằng đá

hoặc bê tông để giữ cho lớp gia cố không bò trượt.
x
Phần gia cố nhẹ: nằm dưới phần gia cố chính, có giới hạn
dưới được xác đònh theo chiều sâu h
gcn
tại đó tác dụng của sóng
không còn đủ khả năng làm các hạt đất dòch chuyển.
- Trong tính toán sơ bộ, có t hể lấy h
gcn
= 1,05(0,58 + 1/m
1
)h
s
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
20
* Mái TL có thể được gia cố bằng:
x
đá (đá đổ, đá x ếp, đá lát)
x
bê tông cốt thép
- các tấm lắp ghép có kích thước 1 x 1 m2
y
2x2m2
- các tấm đúc tại chỗ có kích thước 5 x 5 m2, 10 x 10m2, )
x
bê tông nhựa đường,
Chiều dày lớp gia cố do tính toán quyết đònh.
* Tầng đệm ngay dưới lớp gia cố:
x nhằ m bảo đảm tốt sự nối tiếp giữa lớp GC với đất thân đập
x đóng vai trò tầng lọc ngược nhằm đề phòng hiện tượng xói

ngầm khi có dòng thấm đi ngược từ thân đập ra mái dốc TL.
Tầng đệm:
- thường làm bằng vật liệu thoát nước tốt như cát, sỏi, cuội
- có thể gồm một lớp hay nhiều lớp, do tính toán xác đònh.
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
21
d. Gia cố mái HL
* Mái HL cần đ ược gia cố để đề phòng tác hại của gió, mưa và
động vật đào hang (trừ trường hợp mái HL đã làm bằng các loại vật
liệu hạt lớn như cuội, so ûi, )
* Có thể gia cố mái HL bằng cách:
x
rải một lớp đá dăm hoặc cuội sỏi dày khoảng 0,2 m
hay
x
phủ một lớp đất màu dày khoảng 0,2 m rồi trồng cỏ lên trên
(thường dùng cho các đập cao dưới 20 m)
* Đối với các đ ập cao vừa trở lên, thường làm thêm các rãnh
thoát nước mưa trên mái HL.
Các rãnh có the å làm bằng đá xây hay bê tông, bố trí chéo
nhau và xiên góc 45
o
.
Gia cố mái HL
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
22
4.7.4 BPCT
* BPCT trong đập có tác dụng:
x
hạ thấp ĐBH trong thân đập

o
tăng ổn đònh mái HL
x giảm J thấm o ngừa XN + giảm Q thấm qua đập + nền.
* BPCT: - TN, LG cho thân đập
-CK,BC,MCT,STchonềnđập
* Vật liệu làm BPCT:
x
đất (á sét, á cát, sét) có K
t
50 (K của đất thân đập và nền)
x
VL O thấm (BT, BTCT, chất dẻo, bi tum, ): ít dùng
* TN và LG bằng đất:
x
chiều dày tăng dần từ đỉnh xuống đáy
f(cột nước thấm H, điều kiện thi công)
x
chọn sơ bộ chiều dày ở đỉnh
t
1m
chiều dày ơ û đáy
t
H/10
kiểm tra lại các kích thước này khi tính thấm.
x
đỉnh TN, LG = MNLTK + (
t
0,3 m) đ/v đập thấp
+(
t

0,5 m) đ/v đập cao vừa trở lên
* ST bằng đất:
x
chiều dài = f(yêu cầu chống thấm), chọn sơ bộ
#
3H
x
chiều dày
t
0,5 m, = f(J thấm qua ST)
ST và TN cần được phủ một lớp bảo vệ bằng cát sỏi dày
t
1 m để
chống xói lở hoặc nứt nẻ.
* CK thích hợp với nền không sâu lắm, thường
d
5
y
10 m.
Chiều rộng min của CK = f(điều kiện ổn đònh thấm).
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
23
* Nối tiếp tốt giữa BPCT:
x
Với thân đập: làm các lớp chuyển tiếp
(theo nguyên tắc tầng lọc ngược)
ở hai phía TL,HL của BPCT
(khi thân đập là đất hạt thô như cát, sỏi, c uội)
x
Với nền đập:

- cắm vào nền đất
O thấm mộtđoạn
t
0,5 m
- liên kết với nền đá bằng các gối bê tông
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
24
4.7.5 BPTN
* Nhiệm vụ:
x
không cho dòng thấm thoát ra trên mái HL đập
x
hạ thấp ĐBH để tăng ổn đònh mái HL
x
chủ động tập trung nước thấm qua thân và nền đập xuống HL
x
ngăn ngừa các biến dạng do thấm gây ra (XN, đùn đất).
* Phân loại:
ĐBH
HTS. Thủy công 1. Chương 4: Công trình dâng nước .
25
HCN SÔNG HINH (PHÚ YÊN)
Thi công đập đất đồng chất