ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY CÔNG THIÊT KẾ ĐẬP ĐẤT

Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY CÔNG
THIÊT KẾ ĐẬP ĐẤT
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.
3. Vật liệu xây dựng :
a) Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu:
A ( trữ lương 800.000m
3
cự ly 800m )
B (trữ lượng 600.000m
3
cự ly 600m )
C ( trữ lượng 1.000.000m
3
cự ly 1 km ).
Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1.
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 ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn , chất lượng đảm bảo đắp đập , lát
mái :
Một số chỉ tiêu cơ lý :  =32
o
; n =0,35 ( của đống đá ) ; 
k
= 2,5 T /m
3
(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.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Bảng 1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập:
Chỉ tiêu
HS
rỗng
Độ
ẩm
ϕ
(độ) C (T/m
2
)
K
γ
k
Tự
nhiên
Bão
hòa
Tự

nhiên
Bão
hòa
Đất đắp đập
(chế bị)
Sét
(chế bị)
Cát
Đất nền
0,35
0,42
0,40
0,39
20
22
18
24
23
17
30
26
20
13
27
22
3,0
5,0
0
1,0
2,4

3,0
0
0,7
1,62
1,58
1,60
1,59
10
-5
4.10
-9
10
-4
10
-6
Bảng 2 - Cấp phối của các vật liệu đắp đập:
d(mm)
Loại
d
10
d
50
d
60
Đất thịt pha cát
Cát
Sỏi
0,005
0,05
0,50

0,05
0,35
3,00
0,08
0,40
5,00
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 H
max
= 3m
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%
P% 2 3 5 20 30 50
V(m/s) 32 30 26 17 14 12
- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =1,5km ; ứng với MNDGC: D’ = 1,8km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất
Đề
số
Sơ
đồ
Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu (m)
D (km) MNC (m) MNDBT (m)
Bình
thường
Max
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
7 A 1,5 13,0 31,0 10 12,5
+ Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + H

tràn
= 31 +3 = 34 (m)
B . NỘI DUNG THIẾT KẾ
I. 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.
II. Bản vẽ
- Mặt bằng đập.
- 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 này
rất 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
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
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.
Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu
đầu mối đó là:
1. Một đập chính ngăn sông.
2. Một đường tràn tháo lũ.
3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước.
II. Chọn tuyến đập:
Dựa theo bình đồ khu đầu mối đã cho: Hai bên bờ sông có 2 ngọn đồi
∇

155m nằm đối
xứng nhau và thu hẹp lòng sông lại. Theo mặt cắt địa chất tuyến đập: tầng đá gốc của quả đồi
tương đối tốt, lớp phủ tàn tích mỏng .Tại khu vực 2 quả đồi đều có các bãi vật liệu thuận tiện
cho việc thi công. Do vậy ta chọn tuyến đập C-C đi qua 2 đỉnh của quả đồi như hình vẽ đã cho.
III. Chọn loại đập:
Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối mỏng. Về vật liệu địa
phương chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m
3
cự ly 800m), B(trữ lượng
600.000m
3
, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m
3
, 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:
1. Cấp công trình: xác định theo 2 điều kiện :
a) Theo chiều cao công trình và loại nền :
Cao trình đỉnh đập:
Z
đỉnh đập
= MNDGC + d với d = 1,5 3,0 chọn d =2 thay số ta có
Z
đ
= 34 + 2 = 36 (m)

Từ mặt cắt địa chất tuyến đập C Z
đáy đập
= 0 m (có kể đến bóc bỏ 1 m )
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Vậy chiều cao đập
H
đập
= Z
đỉnh đập
- Z
đáy đập
= 36 – 0 = 36 m
Tra bảng P1-1

→
Cấp thiết kế là cấp II
b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tới cho 2650ha . Tra bảng P1-2
→
Cấp thiết kế là cấp III
So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp II
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 = 0,5%
- Hệ số tin cậy K
n
: Tra bảng P1-6 ta có K
n
= 1,20
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất tương ứng với cấp công trình cấp II là
P = 2%, và P = 25% ( theo 4.2 14 TCN 157-2005 )

- Theo quan hệ tài liệu cho :
P = 2 %
→
V = 32 m/s : MNDBT
P = 25 %
→
V = 15,5 m/s : MNDGC
B. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.
I. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập:
- Xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNDGC.
Z
1
= MNDBT +
h
∆
+ h
sl
+ a
Z
1
= MNDGC +
h
∆
’ + h
sl
’ + a
’
Trong đó:
h

∆
và
h
∆
’ : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;
h
sl
và h
sl
’ : 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 ứng với cấp công trình cấp II




=
=
0,1
2,1
,
a
a
(Bảng 4.1 14TCN 157-2005)
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
a) Xác định
h
∆
, h
sl

ứng với gió lớn nhất V :
* Xác định
:h
∆
2
6
.
2.10 . .cos
s
V D
h
gH
α
−
∆ =

Trong đó:
V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ( ứng với p=2%) : V = 32(m/s)
D - Đà sóng ứng với MNDBT: D = 1,5.10
3
(m)
g- Gia tốc trọng trường (m/s
2
): g = 9,81(m/s
2
)
H- Chiều sâu nước trước đập (m)
H =
∇
MNDBT

-
∇
đáy sông
= 31 – 0 = 31(m)
S
α
- Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió
S
α
= 0
0
Thay số ta có :
1
31.81,9
10.5,1.32
10.2
32
6−
=∆h
= 0,0101 (m)
* Xác định h
sl
:
Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
h
sl(1%)
= K
1
. K
2

. K
3
. K
4
. h
s1%
Trong đó:
h
s1%
- Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%;
K
1
, K
2
- các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối  /h
1%
và đặc trưng vật liệu gia cố mái
đập được tra ở bảng phụ lục P2-3;
K
3
- hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4;
K
4
- hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3.
Xác định h
s1%
- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H
≥
0,5
λ

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

Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Trong đó
g : là gia tốc trọng trờng lấy g = 9,81 ( m/s
2
)
t : thời gian gió thổi liên tục . Lấy t = 6giờ = 86400s
V : vận tốc gió tính toán V = 32 m/s
D : chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT ; D = 1500 m.
Thay số ta tính được:
37,14
32
1500.81,9
75,6621
32
3600.6.81,9
22
==
==
V
gD
V
gt
Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :
Ứng với

37,14
32
1500.81,9
22
==
V
gD
Ta tìm được cặp giá trị nhỏ nhất là:







=
=
87,0
007,0
2
V
tg
V
hg
⇒

81,9
32.007,0
2
=h

= 0,73 (m)

84,2
81,9
32.87,0
==t
bước sóng trung bình xác định theo công thức sau :
⇒
60,12
14,3.2
84,2.81,9
2
22
===
π
τ
λ
g
H = 36 m ;
0,5.
λ
=0,5.12,60 = 6,3 m
⇒
H > 0,5
λ

⇒
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 :

h
s1%
=K
1%
.
h
Trong đó: K
1%
tra theo đồ thị hình P2-2 ứng với
37,14
2
=
V
gD
và P =
1
%.
⇒
K
1%
= 2,1
chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
s1%
=K
1%
.
h
= 2,1.0,73 = 1,53 (m)
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

K
1
, K
2
- các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối  /h
1%
và đặc trưng vật liệu gia cố mái
đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá xây  =0,02 vậy
53,1
02,0
%1
=
∆
h
= 0,01 tra bảng P2-3
⇒
giá trị K
1
= 0,95 ; K
2
= 0,85
Tra hệ số K
3
: giả thiết hệ số mái m = 35 ; V =32m/s tra bảng P2-4 ta được K
3
=1,5
Tra K
4
: ta có
24,8

53,1
60,12
%1
==
h
λ
và sơ bộ chọn m = 3,5 tra trên đồ thị hình P2-3

suy ra
K
4
=1,15
Tra K

:  =0 tra bảng P
2-6
suy ra K


= 1
Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
h
sl1%
= K
1
.K
2
.K
3
.K

4
.K

.h
s1%
= 0,95.0,85.1,5.1,15.1,53 = 2,13 (m)
Vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :
Z
1
= MNDBT +
h
∆
+ h
sl
+ a = 31 + 0,0101 + 2,13 + 1,2 = 34,34 (m)
b. Xác định

h
’
và h
sl
’
ứng với gió bình quân lớn nhất V
’
Tương tự như trường hợp MNDBT nhưng tiến hành với MNLTK và vận tốc gió tương
ứng với tần suất P = 25% .
* Xác định 
h
’


h
’
được xác định theo công thức sau
'2 '
' 6 '
'
2.10 cos
V D
h
gH
α
−
∆ =

Trong đó
V
’
: vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P
25%
suy ra V
’
= 15,5 m/s
D
’
đà sóng ứng với MNDGC
D
’
= D + 0,3km = 1500 + 300 = 1800 m
H
’

chiều sâu nước trước đập ứng với MNDGC
H
’
= MNDGC – Z
đỉnh đập
= MNDBT + H
max
– Z
đáy đập
Thay số : H
’
= 31 + 3 – 0 = 34 m

s
góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió
Tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy 

‘
s
= 0
⇒
cos

‘
=1
Thay các số vào công thức ta tính được h
’
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
'2 '
' 6 '

'
2.10 cos
V D
h
gH
α
−
∆ =
=
1
34.81,9
10.8,1.5,15
10.2
32
6−
= 0,003
* Xác định h
sl
’
:
Theo QPTL C1-78 , chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được tính như sau :
h
sl1%
’
= K
1
’
.k
2
’

.K
3
’
.K
4
’
K

‘
s
.h
sl
’
h
sl
’
1%
: chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% đợc tính với trường hợp gió bình quân lớn
nhất V
’
= 12m/s
K
1
’
,K
2
’
: các hệ số tra ở bảng P2-3.
K
3

’
: Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-4.
K
4
’
: hệ số tra ở đồ thị hình P2-3.
K

‘
s
: hệ số phụ thuộc vào 
s
’
tra ở bảng P2-6.
Xác định h
sl1%
’
theo QPTL C1-78
Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H
’
 0,5 
’
)
Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :
50,73
5,15
1800.81,9
71,13670
5,15
3600.6.81,9

22,
,
,
==
==
V
gD
V
gt
Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :
Ứng với
50,73
2,
,
=
V
gD
Ta tìm được cặp giá trị nhỏ nhất là:







=
=
75,1
015,0
2

V
tg
V
hg
⇒

81,9
5,15.015,0
2
=h
= 0,37 (m)

77,2
81,9
5,15.75,1
==t
99,11
14,3.2
77,2.81,9
2
2
2
,
,
===
π
τ
λ
g
Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5

'
λ
H’ = 34 > 0,5. 11,99 = 5,99 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
*Tính h’
s1%
= K
1%
.
,
h
Trong đó:
Trong đó K
1%
tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng
50,73
2,
,
=
V
gD
1%
2,1K
→ =
h’
s1%
= 2,1.0,37 =0,78 (m)
K
1
, K

2
- các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối
,
%1
/ h∆
và đặc trưng vật liệu gia cố mái
đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá xây  =0,02 vậy
78,0
02,0
%1
,
=
∆
h
= 0,03 tra bảng P2-3 ( nội suy )
→
K’
1
= 0,87 ; K’
2
=0,77
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
= 1,32 (V

gió
= (20>15,5m/s > 10m/s)
Hệ số K’
4
tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái sơ bộ m =3,5 và trị số
1%
'
'
S
h
λ
37,15
78,0
99,11
%1
,
,
==
s
h
λ
⇒

,
4
K
= 1,52
h’
sl1%
= K’

1
.K’
2
.K’
3
.K’
4
.h’
s1%
= 0,87.0,77.1,32.1,52.0,78 = 1,05 (m)
Vậy Z
2
= MNDGC +
h
∆
’ + h’
sl
+ a’
= 34 + 0,003 + 1,53 + 1,0 = 36,53 (m)
Chọn cao trình đỉnh đập: Z
đỉnhđập
=(Z
1
, Z
2
)max = 36,53 (m). Lấy tròn 36,60 (m)
2. Bề rộng đỉnh đập:
Với công trình cấp II không làm đường giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng
đỉnh đập là B = 10 m. để thi công thuận tiện và phù hợp với chiều cao đập.
II. Mái đập và cơ:

1. Mái đập:
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Chiều cao đập H = Z
đ
- Z
đáy
= 36,6 -0 = 36,6 (m).
Sơ bộ hệ số mái xác đinj sơ bộ theo công thức sau:
+ Mái thượng lưu: m
1
= 0,05H +2,00 = 0,05.36,6 + 2 = 3,83
+ Mái hạ lưu : m
2
= 0,05H + 1,5 = 0,05.36,6 + 1,5 = 3,33
Chọn chẵn cho mái: m
1
= 4, m
2
=3,5
2. Cơ đập:
- Đập cao 36,6m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu
- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m nên ta đặt cơ đập hạ lưu ở cao
trình +15
- Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m. Nên chọn B
cơ
=

3m
III. Thiết bị 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
5m≤
) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập
và cho nền thích hợp sau:
+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm).
+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng.
- Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu
tường nghiêng + sân phủ.
Theo đề bài hình C đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 5 m
do lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 1 m
⇒
chiều dầy thực của tầng thấm là T = 5 - 1 = 4 m < 5m. Ta chọn phương án: Dùng
thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng chân răng.
1. Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:
a) Chiều dày tường nghiêng :
- Trên đỉnh:
1
0,8m
δ
≥
.Chọn
1
1m
δ
=
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
- Dưới đáy:
[ ]
J

H
≥
2
δ
Trong đó: H- Là chênh lệch cột nước trước và sau tường.
H = H
max
= MNDBT – MNHL = 31 – 10 = 21 (m).
[ ]
J
là gradien chống thấm cho phép của vật liệu làm tường . Khi vật liệu làm
tường bằng đất sét chọn
[ ]
J
= 5
÷
10 . Chọn
[ ]
J
= 5
[ ]
J
H
≥
2
δ

≥
5
21

= 4,2
- Chọn
2
δ
= 5 m
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 đặn
giữa tường nghiêng với chân răng.
-Do hệ số mái thượng lưu là:
,
m
=cotg
,
α
=
6,36
46,36.4 +
= 4,11 =>
α
= 13
o
40’
⇒
chiều phía dày chân răng trên là:
,,

1
4013sin
5
sin
o
t ==
α
δ
= 21,15m
-Chọn chiều dầy phía dưới đáy cắm xuống
với m
cr
 (0,70,75) m
cr
: hệ số máI của chân răng
chọn m
cr
= 0,75
-Từ hình vẽ ta tính được t
2
= t
1
- 2.0,75.T ( với T = 4 )
Suy ra t
2
= 21,15 - 2.0,75.4 = 16,65 m
IV. Thiết bị thoát nước thân đập.
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
1. Đoạn lòng sông:

- Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước hạ lưu:
H
HL max
= MNHL
max
- Z
đáy
= 12,5 - 0 = 12,5 (m)
H
HLBT
= MNHLBT - Z
đáy
= 10 - 0 = 10 (m)
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.
Chọn 1,5m
- Do đó chiều cao lăng trụ h
lt
= 12,5 + 1,0 = =13,5(m)
- Bề rộng đỉnh lăng trụ b
≥
2m chọn b = 3 m
- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5
2. Đoạn sườn đồi:
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước. sơ đồ đơn giản nhất là thoát nước kiểu áp
mái.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
MẶT CẲT THÂN ĐẬP GIỮA LÒNG SÔNG
1000

26350
+0.00
+36,60
+31
3660
300
+25
300
+13,5
MNDBT
m
1

=

4
m
2
=

4
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
C. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN
I. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán:
1. Nhiệm vụ tính toán:
- Xác định lưu lượng thấm q
- Xác định đường bão hòa trong đập
- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền.
2. Nhiệm vụ:
Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền .Trên cơ sở đó tìm được lượng nước

tổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thích hợp .
Xác định vị trí đường bão hòa ,từ dó tìm được áp lực thấm dùng trong tính toán ổn đinh
mái dốc của đập.
Xác định Gradien thấm (hoặc lưu tốc thấm ) của dòng chảy trong thân , nền đập , nhất là
ở chỗ dòng thấm thoát ra ờ hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm , đẩy trồi đất và xác định
kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược.
3. 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. ,thiết bị chống thấm làm việc bình thường
Thượng lưu là MNDBT: H
1
= MNDBT - Z
đáy
= 31 – 0 = 31(m)
Hạ lưu là mực nước min: H
2
= MNHLBT - Z
đáy
= 10 - 0 = 10 (m)
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
1. Phương pháp tính toán:
Có nhiều phương pháp tính toán thấm , thông dụng nhất là phương pháp phân tích lý
luận , đồ giải , và thí nghiệm.

Trong phạm vi đồ án này em xin chọn tính toán thấm bằng phương pháp thủy lực giới
hạn trong bài toán phẳng , thấm ổn định và không xét đến ảnh hưởng của mao dẫn . Độ chinh
xác của phương pháp này còn kém chính xác hơn các phương pháp khác vì phải dựa vào một
số tiền đề , giả thiết nhất định . Tuy nhiên các giải này có thể giải được những trường hợp phức
tạp khác nhau trong thực tế và cũng đủ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật .
- Dòng thấm tuân theo định luật Đácxy
- Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng
- Dòng thấm ổn định
- Nước chứa đầy các kẽ rỗng và đất không có tính ép co được
- Bài toán thấm không xét đến mao dẫn
- Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước.
2. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông:
Sơ đồ như hình vẽ :
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
SƠ ĐỒ TÍNH THẤM QUA THÂN ĐẬP
Z
o
m
1

=

4
m
2

=

3
,

5
K
d
K
0
h
3
t =18,9m
h
1
= 31 m
T=2m
h
2
= 10m
-4
+0.00
+36.6
+31
+10
L
m
1
h
3
y
MNDBT
1
1 2
2

x
+25
+13,5
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
a) Phương pháp tính :
Để tính thấm qua loại đập Pavlovxki xem dòng thấm qua thân đập và nền không phụ
thuộc nhau , nghĩa là xem mặt tiếp giáp giữa đập và nền là một đường dòng .Như vậy có thể
xác định lưu lượng thấm qua đập qd xem như đập trên nền không thấm . Lưu lượng toàn phần
thấm qua thân đập và nền khi đó tính bằng :
q = q
d
+ q
n
b) Áp dụng :
Tính cho trường hợp 1 : - Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a
o
ở cuối dòng thấm, lưu lượng
thấm q và độ sâu h
3
sau tường nghiêng xác định từ hệ sau:
Đoạn 1 : Thấm qua tường nghiêng chân răng.









−
+
−−
= T
t
hhZhh
Kq
31
2
0
2
3
2
1
0
sin.2
αδ
Đoạn 2 : Thấm qua đập.
( )
( )
ThmL
Thh
k
mhL
hh
Kq
nd
44,0
2
2

,
23
3
2
2
2
3
+−
−
+
−
−
=
Trong đó:
Hệ số thấm của đập: K
đ
= 10
-5
m/s
Hệ số thấm của thiết bị chống thấm K
0
= 4.10
-9
m/s
Hệ số thấm của nền K
n
= 10
-6
m/s
δ

: Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m
t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 18,90 m
h
1
= 31 m
h
2
= 10 m
m: Hệ số mái thượng lưu = 4
m
2
: Hệ số mái hạ lưu = 3,5
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
Z
0
=
δ
.cos
α
= 3.cos14
o
2’ = 2,91 (m)
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
L = 36,6 . 4 + 10 + 36,6 . 3,5 - (13,5 - 0 ).3,5 + 3 – (13,5 – 10 ).1,5 = 235,00 (m)
sin
α
= sin 14
o
2’ = 0,2425
Thay và giải hệ phương trình:









−
+
−−
=
−
4.
9,18
31
2425,0.3.2
91,231
10.4
3
22
3
2
9
hh
q

( )
( )
4.44,010.5,1235

4.10
.10
4235.2
10
10
3
6
3
2
3
5
2
+−
−
+
−
−
=
−−
h
h
h
q
Dùng phương pháp thử dần ta tìm được :
h
3
= 11,78 (m)
q = 2,25.10
-6
(m/s)

*) Phương trình đường bão hòa:
y =
x
mhL
hh
h
3
2
2
2
3
2
3
−
−
−
=
x
78,11.4235
10078,11
78,11
2
2
−
−
−
=
x21,086,138 −
Tọa độ các điểm trên đường bão hòa
*) Kiểm tra độ bền thấm:

- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:
[ ]
dk
d
k
JJ ≤
Trong đó:
=
−
−
=
−
−
=
78.,11.4235
1078,11
2
23
mhL
hh
J
d
k
0,0097
[J
k
đ
] 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 [J

k
đ
] = 0,65
Vậy J
k
đ
< [J
k
đ
] . Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập.
- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:
J
k
n

≤
[J
k
n
]
x 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 187,9
y 11,78 11,6 11,42 11,24 11,05 10,86 10,66 10,46 10,26 10,05 10
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Trong đó:
0082,0
4.44,010.5,1235
1078,11
44,0
2
,

23
=
+−
−
=
+−
−
=
ThmL
hh
J
n
k
[J
k
n
] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep. Tra bảng P3-2 tra theo
loại đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [J
k
n
] = 0,25.
Vậy J
k
n

≤
[J
k
n
]. 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 nèn không thấm, hạ lưu không có nước, thoát
nước kiểu áp mái.
- Các thông số:
Theo địa hình ta chọn được cao trình đáy để tính thấm cho mặt cắt sườn đồi là 13,52(m).
dã bóc bỏ đi 1 m . Ta có sơ đồ thấm như sau :
- Do đó h
1
=31 -13,52 = 17,48 (m)
- Hệ số mái m
1
= 4 (thượng lưu)
m
2
= 3,5 (hạ lưu)
+ Z
0
=
δ
.cos
α
= 3.cos14
o
2’ = 2,91 (m)
+ L = (36,6 – 13,52 ).(4 + 3,5) + 10 + 3 = 186,1 m
+ Hệ số thấm của đập: K
đ
= 10
-5
m/s

+ Hệ số thấm của thiết bị chống thấm K
o
= 4.10
-9
m/s
+
δ
: Bề dày trung bình của tường nghiêng = 3 m
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
SƠ ĐỒ TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT SƯỜN ĐỒI
Z
o
m
1

=

4
m
2

=

3
,
5
K
d
K
0

h
3
h
1
= 17,48 m
+13,52
+36.6
+31
y
MNDBT
1
1
x
a
o
+15
L
+25
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
a) Lưu lượng thấm:
Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h
3
, a
o
được xác định từ hệ sau:
( )










=
−−
−
=
−−
=
−
−
−
4
10
5,341,1862
10
214sin.3.2
91,248,17
10.4
0
5
03
2
0
2
3
5
,

22
3
2
9
a
q
ah
ah
q
h
q
o
Thay số ta được bằng phương pháp thử dần ta được các giá trị sau:
a
0
= 0,318(m)
h
3
= 5,1 m
q = 7,95.10
-7
m/s
b) Đường bão hòa:
Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:
2
2
26,01 0,16.
3
q
Y h x x

k
d
= − = −
c) Kiểm tra độ bền thấm:
Cần đảm bảo điều kiện: J
k
đ

≤
[J
k
đ
]
Trong đó:
=
−
=
−
=
1,5.41,186
1,5
31
3
hmL
h
J
d
k
0,031
Vậy J

k
đ
< [J
k
đ
] . [J
k
đ
] tra ở trên
Vậy độ bền thấm được đảm bảo.
( )
2 2 2
1 3 0
0
2 2
3 0
1 3 2 0
0
2
2 sin
2 a
0,5
d
d
h h Z
q K
h a
q K
L m h m
a

q K
m
δ α

− −
=



−

=

− −


=

+


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
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)
- 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.
Sử dụng 2 phương pháp:
a) Phương pháp Filennít.
Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM
1
như trên hình vẽ
Tra bảng (6-5) với m = 3,5 ta có
0 0
35,5 ; 25
α β
= =
Ta có sơ đồ tính như hình vẽ :
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
+0.00
+36,60
+31
+25
+13,5
4,5 H
d
35,5
o
25°

M
H
d
=36,6
a
b
c
d
A
B
85°
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
b)Phương pháp Fanđeeps
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ.
Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập H
đ
, tra ở bảng 6-6
giáo trình thủy công. Với m = 3,5
R/H = 3,025.
⇒
R = (R/H).H = 3,025.36,6 = 110,72 (m)
r/H = 1,25
⇒
r = (r/H).H = 1,25.36,6 = 45,75 m
Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy
hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả thiết các tâm O
1
, O
2
, O

3
. Vạch các cung trượt đi qua một
điểm Q
1
ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định.
K
1,
K
2
, K
3
cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K
i
và vị trí tâm O
i
ta
xác định được trị số K
min
ứng với các tâm O trên đường thẳng MB. Từ vị trí của tâm O ứng với
K
min
đó kẻ đường thẳng N-N vuông góc với đường MM
1
. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O
khác vách các cung cũng đi qua điểm Q
1
ở chân đập. Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ trị số
K, theo tâm O ta xác định được trị số K
min
ứng với điểm Q

1
ở chân đập.Với các điểm Q
2
, Q
3
ở
trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số K
min
tương ứng. Vẽ biểu đồ
quan hệ giữa K
min
với các điểm ra của cung Q
i
ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất K
min min
cho
mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu K
min
ứng với một điểm ra Q
1
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 vào tâm.
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
m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 20}
chọn m = 10
Ta có công thức tính toán sau: K =

Trong đó:
;
n n
c
ϕ
Là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
l
n
: Là bề rộng đáy dải thứ n
W
n
: áp lực thấm ở đáy dải thứ n
h
n
: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải.
( ) .
n n n n n
n
N W tg C l
T
φ
− +
∑ ∑
∑