đồ án thủy công (dành cho dân thủy lợi)

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
PHẦN A: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
PHẦN I : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH
I. Nhiệm vụ công trình:
 Một hồ chứa nước được xây dựng trên sông với mục đích tưới là chính và đảm nhận các
nhiệm vụ sau:
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
 Các hạng mục công trình chủ yếu ở khu đầu mối:
1.Đập chính ngăn sông-được chọn phương án là đập đất.
2.Công trình tàn tháo lũ với 2 phương án có thể lựa chọn là Đường tràn dọc hoặc máng tràn
ngang; Tràn hoặc động theo kiểu tràn tự do.
3. Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở đặt dưới thân đập để lấy nước phục vụ tưới.

II. Chọn tuyến đập:
a. Tài liệu có được:
Theo quá trình khảo sát, ta có được một số tài liệu cơ bản sau:
1. Địa hình:
Cho bình đồ vùng tuyến đập: Z
max
= 85 m; Z
min
= 35 m.
Bình đồ tuyến đập tỷ lệ 1/2000.
Bình đồ số 7A
2. 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 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 nẻ trung bình

o Chỉ tiêu cơ lý của lớp nền bồi tích được cho ở bảng 1:
Bảng 1: Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập
Chỉ tiêu
HS rỗng
n
Độ ẩm

W %
Φ (độ ) C (T/m
2
) γ
k
(T/m
3
)
K
(m/s)
Tự nhiên Bão hòa Tự nhiên Bão hòa
Đất đắp đập 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10
-6
Sét 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 10
-9
Cát 0,40 18 30 27 0 0 1,60 10
-4
Lớp bồi tích 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10
-5
1
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
3. Vật liệu xây dựng:
- 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 = 30ᵒ
o Độ rỗng của đống đá: n = 0.35
o Dung trọng khô của hòn đá: γk = 2,4 t/m³
o Hệ số thấm qua đống đá: k= 10ˉ² m/s
-Cát, sỏi: Được khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ làm tầng
lọc. (cấp phối như ở bảng 2)
Bảng 2: Cấp phân phối của các vật liệu đắp đập
d(mm)
Loại
d
10
d
50
d
60
Đất đắp đập 0,005 0,05 0,08
Cát 0,05 0,35 0,40
Sỏi 0,50 3,00 5,00
4. Đặc trưng hồ chứa:
- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu.
+ D (km): 3.8
+ D’(km): D’= D+0.5=4.3
+ MNC (m): 49.0
+ MNDBT (m): 77.7

+ Mực nước lũ thiết kế (m): MNLTK= MNDBT+ Ht
max
= 77,7+4=81,7
+Mực nước lũ kiểm tra (m) MNLKT= MNLTK+1=81,7+1=82,7
+ Mực nước hạ lưu Max (m): 45,8
+ Mực nước hạ lưu bình thường (m): 41,1
Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn: Ht
max
= 4 m
Vận tốc gió ứng với mức bảo đảm thiết kế 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= 3.8( km)
+ Ứng với MNDGC: D’= D + 0,5 = 4.3 (km)
Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
2
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
b. Phân tích chọn tuyến công trình:
Việc chọn tuyến xây dựng công trình phải dựa vào bình đồ khu vực cần xây dựng công
trình và kết quá trình khảo sát tình 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 .
Tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc bố trí đường tràn tháo lũ và giá thành đường tràn
tháo lũ là rẽ 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 bé, chiều dày tầng thấm nhỏ .
+ Về điều kiện thi công : tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc dẩn dòng thi công,
giao thông đi lai vận chuyển vật liệu thi công và máy móc thiết bị thi công dể dàng thuận lợi
.
III. Chọn loại đập:
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và căn cứ vào vật liệu xây dựng 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.
IV. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1. Cấp công trình:
Cơ sở để phân cấp công trình dựa vào 2 điều kiện:
a. Xác định theo chiều cao công trình và loại nền.
Trong quy phạm quy định cấp công trình đối với đập dâng nước khi công trình đập đất
được xây dựng trên nền nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng, thì
cấp công trình được xác định dựa vào chiều cao sơ bộ tra bảng 3 (QCVN 04-05 :2012)
H
đ
= ∇
đỉnh đập
− ∇
đáy Sông
mà ∇
đđ
= MNLKT+ 0,3m
=> ∇
đđ
= 82,7 + 0,3 =83 (m)
∇
L Sông

=35 (m)
=> H
đ
= 83 - 35 =48 (m)
35 m < H
đ
= 48 m < 75 m ⇒ Theo (QCVN 04-05: 2012) thì cấp công trình là cấp I.
b. Theo năng lực phục vụ của công trình:
Công trình xây dựng phải đảm bảo tưới cho 5000 ha đất canh tác ⇒ Theo (QCVN 04-
05: 2012) thì cấp công trình là cấp III.
Kết hợp hai cách phân loại trên ta chọn cấp công trình là cấp I để xác định các tần suất
và các chỉ tiêu thiết kế công trình.

3
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
2. Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình I đã chọn ta xác định được:
- Tần suất gió thiết kế ở MNDBT: P= 2%
- Tần suất gió thiết kế ở MNLTK: P= 25%
- Hệ số tin cậy K
n
= 1,20 (PL B,Trang 45, QCVN 04-05:2012)
- Vận tốc gió tính toán tương ứng với MNDBT: V
2%
= 32 (m/s)
- Vận tốc gió tính toán tương ứng với MNLTK: V
25%
= 15,5 (m/s)
- Cao trình MNDBT = 77,7 (m)
- Chênh lệch giữa MNDBT và MNLTK là ∆h= 4m
- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT : D = 3.8 ( km)

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDGC: D’= D + 0,5 = 4,3 (km)
- Độ vượt cao an toàn của đỉnh đập trên đỉnh song (chiều cao an toàn a)
Theo bảng 2 (TCVN8216-2009) ứng với:
+ MNDBT: a= 1,2 (m)
+ MNLTK: a’= 1 (m)
+ MNLKT: a’’= 0,3 (m)
PHẦN II : CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT:
I. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập: Xác định từ ba mực nước: MNDBT, MNLTK, và MNLKT.
Z
1
= MNDBT + ∆h
set
+ h
sl
+ a (1)
Z
2
= MNLTK + ∆h
set
’+ h’
sl
+ a’ (2)
Z
3
= MNLKT + a’’ (3)
Trong đó :
+Δh và Δh’ – độ dềnh do gió ứng với gió 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, a’, a’’ độ vượt cao an toàn.
Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính theo Zmax(1,2,3).
a. Xác định Δh
set
và h
sl
ứng với gió lớn nhất V:
* Xác định ∆h
set
: (độ cao nước dâng do gió )

w
set
w
wset
hHg
DV
kh
α
cos
)5,0.(
.
.
2
∆+
=∆

Trong đó:
α
w
: góc giữa trục dọc của khu chưa nước và hướng gió, độ. Lấy α
w
=0 =>cos α
w
= 1
V
w
: vận tốc tính toán của gió,p=2% , V
w
= 32 (m/s)
D: đà sóng, D=3.8 (km)= 3800 (m)
k
w
: hệ số, được lấy theo bảng A2 (TCVN-8421:2010), ta được k
w
=3,18.10
-6
g : Gia tốc trọng trường, g= 9,81 (m/s
2
)
H : chiều sâu nước trước đập, H= MNDBT - ∇
đáy sông
= 77,7 - 35 = 42,7 (m)
=>
1.
)5,07,42.(81,9
4300.32

.10.18,3cos
)5,0.(
.
.
2
6
2
set
w
set
w
wset
hhHg
DV
kh
∆+
=
∆+
=∆
−
α
=>
h∆
set
= 0,033 (m)
4
THIT K P T CNG NGM
* Xỏc nh chiu cao súng leo h
sl
:

Gi thit súng nc sõu (d/

>0.5 v d 2h1%)
Khi tha món iu kin súng nc sõu, chiu cao súng leo lờn mỏi vi mc bo m
p=1% xỏc nh theo cụng thc 25 TCVN 8421-2010
H
run1%
= K
r
. K
p
. K
sp
. K
run
.h
1%
Trong ú:
k
r
v k
p
: ln lt l h s nhỏm v h s hỳt nc ca mỏi dc. Chn lp vt liu
gia c mỏi l ỏ lỏt bỡnh thng vi /h
s1%
< 0,002 (m), c ly bng 6
(TCVN-8421:2010), ta c cỏc giỏ tr k
r
=1, k
p

=0,90
k
sp
: h s, ly theo bng 7 (TCVN-8421: 2010) c k
sp
= 1,5
k
run
: h s, c ly theo th H.11 tựy theo thoi ca súng
%1s
h

vựng nc
sõu.
H
run1%
: Chiu cao súng leo trờn mỏi vi mc bo m 1%
h
1%
c xỏc nh theo h
1%=
ki
.

h
Gi thit súng l súng nc sõu: H > 0,5.

Tớnh cỏc i lng khụng th nguyờn
V
gt

v
2
V
gD
Vi g: gia tc trng trng, ly g= 9,81 (m/s
2
)
t : l thi gian giú thi liờn tc t= 6 gi = 21600 (s)
V : vn tc giú tớnh toỏn V= 32 ( m/s)
D : chiu di truyn súng ng vi MNDBT=3800 (m)
Thay vo tớnh c cỏc i lng khụng th nguyờn:

75,6621
32
21600.81,9.
==
V
tg


404.36
32
3800.81,9.
22
==
V
Dg

Tra õọử thở hỗnh Hiỡnh A1 TCVN 8421:2010 ổùng vồùi õổồỡng bao trón cuỡng ta õổồỹc :
Vi

=== 075,08,375,6621
.
2
V
hg
v
V
g
V
tg

Vi



=== 012,025,1404.36
22
V
hg
v
V
g
V
gD

Theo quy phm ta chn cp giỏ tr nh nht.
Chióửu cao soùng trung bỗnh ,chu kyỡ soùng trung bỗnh :

5
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM

)(077,4
81,9
32.25,1.25,1
25,1
)(253,1
81,9
32.012,0.012,0
012,0
22
2
s
g
V
V
g
m
g
V
h
V
hg
===⇒=
===⇒=
τ
τ
Bước sóng trung bình xác định theo công thức sau

)(96,25
14,3.2
077,4.81,9
.2
2
2
m
g
===
π
τ
λ
So sánh H= 42,7 m và 0,5.
λ
= 12,98 (m)
 H > 0,5.
λ
nên giả thiết là đúng: Sóng là sóng nước sâu
Chiều cao sóng ứng với mực nước bảo đảm 1% xác định theo công thức sau :
h
s1%
= K
1%
.
h

h
: chiều cao sóng trung bình
K
1%

: tra theo bảng 8 (TCVN-8421 :2010)
Với P= 1% tra theo bảng 8 (TCVN-8421 :2010) K
1%
= 1
 h
s1%
=1.1,253= 1,253 (m)
Xác định K
run
Ta có
72,20
253,1
96,25
%1
==
s
h
λ
, chọn m sơ bộ m=4 với (m=3÷5)
Tra trên đồ thị hình 11(TCVN-8421:2010) được K
run
=1,65
Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
h
sl
=H
run1%
= K
r
. K

p
. K
sp
. K
run
.h
1%
= 1.0,90.1,5.1,65.1,253= 2,791 (m)
b. Xác định Δh’ và h’
sl
ứng với gió bình quân lớn nhất V’:
*Ta xác định ∆h’
set
:
w
set
w
wset
hHg
DV
kh
α
cos
)'5,0'.(
'.'
.'
2
∆+
=∆
(m)

Trong đó:
α
w
: góc giữa trục dọc của khu chưa nước và hướng gió, độ. Lấy α
w
=0 =>cos α
w
= 1
V’
w
: vận tốc tính toán của gió, V’
w
= 15,5 (m/s)
D: đà sóng, D’=4,3 (km)= 4300 (m)
k
w
: hệ số, được lấy theo bảng A2 (TCVN-8421:2010), ta được k
w
=1,695.10
-6

g : Gia tốc trọng trường, g= 9,81 (m/s
2
)
H : chiều sâu nước trước đập, H’= MNLTK - ∇
L Sông
= 81.7 - 35 = 46.7 (m)
=>
1.
)'5,07,46.(81,9

4300.5,15
.10.695,1cos
)'5,0'.(
'.'
.'
2
6
2
set
w
set
w
wset
hhHg
DV
kh
∆+
=
∆+
=∆
−
α
=>∆h’
set
=0,00382 m
* Xác định h
sl
’:
chiều cao sống leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
H’

run1%
= K
r
. K
p
. K
sp
. K
run
.h’
1%
6
THIT K P T CNG NGM
Trong ú:
k
r
v k
p
: ln lt l h s nhỏm v h s hỳt nc ca mỏi dc. Chn lp vt liu
gia c mỏi l ỏ lỏt bỡnh thng vi /h
s1%
< 0,002 (m), c ly bng 6
(TCVN-8421:2010), ta c cỏc giỏ tr k
r
=1, k
p
=0,90
k
sp
: h s, ly theo bng 7 (TCVN-8421: 2010) c k

sp
= 1,265
k
run
: h s, c ly theo th H.11 tựy theo thoi ca súng
%1
'
'
s
h

vựng nc
sõu.
H
run1%
: Chiu cao súng leo trờn mỏi vi mc bo m 1%
h
1%
c xỏc nh theo h
s1%
= K
1%
.
'h

Gi thit súng l súng nc sõu: H > 0,5.
'

Tớnh cỏc i lng khụng th nguyờn
'V

gt
v
2
'
'
V
gD
Vi g: gia tc trng trng, ly g= 9,81 (m/s
2
)
t : l thi gian giú thi liờn tc t= 6 gi = 21600 (s)
V : vn tc giú tớnh toỏn V= 15,5 ( m/s)
D : chiu di truyn súng ng vi MNDBT=4300 (m)
Thay vo tớnh c cỏc i lng khụng th nguyờn:

709,13670
5,15
21600.81,9
'
.
==
V
tg


579.175
5,15
4300.81,9
'
'.

22
==
V
Dg

Tra õọử thở hỗnh Hiỡnh A1 TCVN 8421:2010 ổùng vồùi õổồỡng bao trón cuỡng ta õổồỹc :
Vi



=== 118,0
'
'
489,4
'
'
709,13670
'
.
2
V
hg
v
V
g
V
tg

Vi

=== 026,0
'
'
9,1
'
'
579,175
'
'
22
V
hg
v
V
g
V
gD

Theo quy phm ta chn cp giỏ tr nh nht l :

)(002,3
81,9
5,15.9,1'.9,1
'9,1
'
'
)(637,0
81,9

5,15.026,0'.026,0
'026,0
'
'
22
2
s
g
V
V
g
m
g
V
h
V
hg
====
====


Bc súng trung bỡnh xỏc nh theo cụng thc sau:

)(078.14
14,3.2
002,3.81,9
.2
'
'
22

m
g
===



So sỏnh H= 46.7 m v 0,5.
'

=7.038 (m)
H > 0,5.
'

nờn gi thit l ỳng: Súng l súng nc sõu
Chiu cao súng ng vi mc nc bo m 1% xỏc nh theo cụng thc sau :
7
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
h’
s1%
= K
1%
.
'h
h
’ : chiều cao sóng trung bình
K
1%
: tra theo bảng 8 (TCVN-8421 :2010)
Với P= 1% tra theo bảng 8 (TCVN-8421 :2010) K
1%

= 1
 h’
s1%
=1.0,637= 0,637 (m)
Xác định K
run
Ta có
101,22
637,0
078,14
'
'
%1
==
s
h
λ
, chọn m sơ bộ m=4 với (m=3÷5)
Tra trên đồ thị hình 11(TCVN-8421:2010) được K
run
=1,65
Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
h’
sl
=H’
run1%
= K
r
. K
p

. K
sp
. K
run
.h’
1%
= 1.0,90.1,265.1,65.0,637= 1,197 (m)
* Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT:
Z
1
= MNDBT + ∆h+ h
sl
+ a= 77,7+0,033+2,791+1,2=81,724 (m)
* Cao trình đỉnh đập tương ứng với MNLTK:
Z
2
= MNLTK + ∆h’+ h’
sl
+ a’= 81,7+0,00425+1,197+1= 83,901 (m)
* Cao trình đỉnh đập tương ứng với MNLKT, với MNLKT= MNLTK+ 1=258,1 (m)
Z
3
= MNLKT + a’’ = 82,7+0,3 = 83 ( m)
 Cao trình đỉnh đập là Z
đđ
=max( Z
1
; Z
2
; Z

3
)=max(82,924; 84,541; 84,2)= 83,901 (m)
 Để tiện cho thi công ta chọn cao trình đỉnh đập Z
đđ
= 84 (m )
2. Bề rộng đỉnh đập B:
Chiều rộng đỉnh đập cần xác định phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác, có xét
đến cấp công trình:
-Khi không có yêu cầu khác, chiều rộng đỉnh đập nên từ 5m- 10m đối với đập cấp III trở
xuống, từ 10m trở lên đối với đập cấp I, II
-Khi có yêu cầu kết hợp đường giao thông công cộng thì phải thiết kế theo tiêu chuẩn
đường giao thông. Nếu tiêu chuẩn đường giao thông nhỏ hơn thì phải theo quy định của tiêu
chuẩn này.
Vì đập không có đường giao thông chạy qua, chọn B= 10 (m).
II. Mái đập và cơ đập:
1. Mái đập:
Mái dốc đập căn cứ vào chiều cao của đập, tính chất cơ lý của đất đắp đập và điều kiện thi
công. Chọn sơ bộ mái dốc đập sao cho khối lượng đập giảm nhưng vẫn đảm bảo an toàn,
sau đó tính chính xác lại thông qua tính thấm và tính ổn định. Hệ số mái dốc thay đổi theo
độ cao đập trong khoảng 10÷15(m), trị số thay đổi hệ số mái dốc ∆m=0,25÷0,5.
Theo kinh nghiệm của các đập đất đã thi công và sử dụng khai thác với chiều cao
H=84-35 = 49 (m) >40 m nên ta có thể chọn sơ bộ mái dốc của đập theo kinh nghiệm như
sau :
Thượng lưu :
Chọn m
1
=4
∇
84
đến ∇

75
chọn m = 2.5
∇
75
đến ∇
65
chọn m = 3
8
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
∇
65
đến ∇
50
chọn m = 3.5
∇
50
đến ∇
34
chọn m = 4
Hạ lưu:
Chọn m
2
=3,5
∇
84
đến ∇
75
chọn m = 2
∇
75

đến ∇
65
chọn m =2,5
∇
65
đến ∇
50
chọn m = 3
∇
50
đến ∇
34
chọn m = 3,5
Các chỉ số mái dốc của đập vừa chọn chỉ là chọn sơ bộ việc quyết định chọn mái dốc cuối
cùng phải thông qua bài toán kiểm tra thấm và tính toán ổn định của đập và so sánh kinh tế.
xong
2. Cơ đập:
+ Cơ đập là đoạn nằm ngang trên mái dốc. Cơ đập có tác dụng làm tăng ổn định cho mái
đập,thu và thoát nước mưa mặt trên mái đập, đi lại và kiểm tra trong thời gian thi công, khai
thác và quản lý đập.
+ Ngoài ra cơ đập còn phục vụ cho việc đăt máy cẩu, xe vận chuyển vật liệu cho việc
thi công, sửa chửa à gia cố mái đập v.v…
+ Cơ đập ở mái thượng lưu chọn theo yêu cầu cơ giới trong thi công bề mặt, gia cố chọn
B = 3 m.
+ Cơ đập ở mái hạ lưu chọn theo yêu cầu cơ giới và làm rảnh thoát nước từ mái chọn B
= 3m.
+ Chọn độ dốc sơ bộ cho cơ đập của mái dốc thượng lưu và hạ lưu : i
cơ
= 2%.
3. Gia cố mái thượng lưu, hạ lưu, cơ đập:

a. Gia cố mái đập thượng lưu :
Mái thượng lưu thường xuyên chịu tác dụng của sóng, áp lực thủy động của dòng
chảy, lực xô va của các vật trôi nổi vì vậy cần có biện pháp bảo vệ để tránh xói lở mái dốc
bằng cách lát đá khan dày 30cm, lớp đệm đá sỏi dày 15cm, lớp cát dày 10cm theo nguyên
tắc cấu tạo của tầng lọc ngược.
Giới hạn trên của lớp bảo vệ mái thượng lưu là đỉnh đập. Giới hạn dưới của lớp bảo
vệ mái là thấp hơn MNC một đoạn (h = 2h
1%
); Trong đó h
1%
là chiều cao sóng ứng với tần
suất 1% .
Vậy giới hạn thấp nhất cần gia cố là :
∇
min gc
= ∇
MNC
− h =49,0− 2. 1,253 = 46,494m .
Chọn giới hạn dưới : ∇
min gc
= 46 (m).
Để đảm bảo ổn định cho lớp gia cố mái tại chổ giới hạn dưới của lớp gia cố ta xây dựng
mối bêtông đá xây Mác 100.
Để tăng ổn định cho lớp gia cố, đề phòng
hiện tượng trượt dọc theo mái dốc mép dưới
của phần gia cố cần xây dựng những gối tựa.
9
Gäúi tæûa Bã Täng
L
å

ïp

g
i
a

c
ä
ú
b
à
òn
g

â
a
ï
l
a
ït

k
h
a
n

d
a
ìy

3
0

-

4
5

c
m
S
o
íi
,

S
a
ûn

d
a
ìy

1
0

-

2
5

c
m
C
a
ït

d
a
ìy

1
0

-
2
5

c
m
'
THIT K P T CNG NGM
Kớch thc v chụn sõu ca gi ta ph
thuc vo dc ca mỏi v lc tỏc dng.
Mỏi dc cng dc v khi cụng trỡnh cng
chu tỏc dng ca lc ng t thỡ gi ta
cng phi vng chc.
Lp bo h c nm trờn tng nm cú cu
to nh tng lc ngc cú tỏc dng bo v
mỏi thng lu khụng b xúi ngm khi mc

nc trong h h xung t ngt.
b. Gia c mỏi p h lu:
trỏnh mỏi kờnh b xúi l do ma v phỏ hoi ca ng vt o hang, ta cn phi cú bin
phỏp x lý mỏi. Ta chn bin phỏp x lý l ri lờn b mt mt lp t mu dy 0,3m ri
trng c lờn trờn ton b din tớch mỏi h lu.
cho vic thoỏt nc ma d dng v
chng trt ta chia mỏi thnh cỏc ụ vuụng
xiờn gúc 45
0
vi kớch thc 1,5ì1,5 m,
trong cỏc rnh phõn cỏch ri ỏ dm 1ì2
nhm chng xúi mũn.
III. Thit b chng thm:
Theo ti liu cho, t p p v nn cú h s thm khỏ ln nờn cn cú thit b chng thm
cho thõn p v cho nn.
- Nu tng thm tng i mng ( T 5m) cú th chn cỏc thit b chng thm cho p
v cho nn thớch hp sau:
+ Chng thm kiu tng nghiờng + chõn rng ( cm xung tn tng khụng thm)
+ Chng thm kiu tng lừi + chõn rng.
- Nu tng thm dy ( T > 10m): phng ỏn hp lý l dựng thit b chng thm kiu tng
nghiờng + sõn ph.
Theo bi hỡnh C cho tng thm T= m < 5m. Ta chn phng ỏn: Dựng thit b chng thm
kiu tng nghiờng chõn rng.
Vt liu lm tng v chõn rng l t st
* Chn s b kớch thc ban u:
a) Chiu dy tng (nghiờng hay lừi)
- Trờn nh:
8,0
1

m. Chn
m1
1
=
10
1
0
0
1
5
0
0
1
5
0
0
aù dm, Saỷn

Coớ
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
- Dưới đáy:
4
H
10
H
≤δ≤
Trong đó: H- Là cột nước lớn nhất
H
max
= MNLKT - Z

đáy
= 82,7-35 = 47,7 (m)
925,11
4
47,4
10
=≤≤=
HH
δ
- Chọn δ
2
=7 m
Chân răng có bề dày δ= δ
2
=7m cắm sâu xuống lớp đất không thấm 0,5 m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng: (hay lõi): Chọn không thấp hơn MNLKT ở thượng lưu.
Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng
≡
cao trình đỉnh đập đất (46 m).
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.
Tính t
1
=7/sin(14.30)=28.34 m. (Do mái thượng lưu m
1
=4)
Chọn t
2
=4.2 m

IV. Thiết bị thoát nước thân đập:
+ Mục đích và yêu cầu của việc thiết kế VTN :
VTN được xây dựng nhằm mục đích tập trung lượng nước thấm qua thân đập một
cách chủ động, hạ thấp đường bảo hòa, không cho dòng thấm đi ra mái hạ lưu nhờ đó làm
tăng ổn định của mái hạ lưu, hạn chế xói lở mái hạ lưu.
+ Yêu cầu khi thiết kế vật thoát nước :
Vật thoát nước phải bảo đảm thường xuyên làm việc tốt, có khả năng thoát nước tốt.
Đảm bảo đường bảo hòa không lộ ra mái hạ lưu. Không cho phép xói ngầm thân và nền đập
và trong cả bản thân vật thoát nước.
+ Cấu tạo vật thoát nước : Phần thoát nước bằng đá hộc 4×6, đá 1×2, cát thô. Có cấu tạo
theo nguyên tắc cấu tạo tầng lọc ngược.
+ Hình thức VTN: ở đoạn lòng sông dùng VTN kiểu lăng trụ, ở đoạn hai bên vai đập (hạ lưu
không có nước) dùng VTN kiểu hỗn hợp lăng trụ + áp mái, nó giúp bảo vệ mái hạ lưu khi có
sóng leo, không có tác dụng hạ thấp đường bảo hoà.
+ Kích thước VTN:
- Cao trình đỉnh VTN : ( ∇
VTN
)
VTN kiểu lăng trụ có cao trình cao hơn mực nước hạ lưu (ứng với trường hợp thượng lưu là
MNDBT) một độ cao an toàn, không tính với trường hợp thượng lưu là MNDGC (hạ lưu là
mực nước max) vì khi đó đường bão hoà (y) chưa kịp ra ở mái hạ lưu.
∇
VTN
= ∇
đs
+ H
VTN
Trong đó : ∇
đs
: Cao trình đáy sông ∇

đs
=35 m.
11
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
H
VTN
: Chiều cao vật thoát nước.
H
VTN
= H
hl
+ d
Trong đó : H
hl
= ∇
hlmax
- ∇
đs
= 45,8-35 = 10,8 m.
Chọn độ cao an toàn d = 1.5 m.
⇒ H
VTN
=10,7+1,5= 12,2 m
⇒ ∇
VTN
= 35 + 12,3=47,3 m
Chọn vật thoát nước kiểu lăng trụ. Khi hạ lưu có nước kích thước VTN lấy theo cấu tạo :
Chiều cao VTN : H
VTN
= 12,3 m.

Bề rộng đỉnh VTN chọn B = 3 m.
Độ dốc mái thượng lưu VTN m’
1
= 1,25
Độ dốc mái hạ lưu VTN m’
2
= 1,5
Bề rộng đáy vật thoát nước B
đVTN
= 12,3.(1,25 +1,5) + 3 = 36,825 m
Khi hạ lưu không có nước kích thước VTN lăng trụ lấy theo cấu tạo :
Chiều cao VTN : H
VTN
= 7 m.
Bề rộng đỉnh VTN : B = 3 m.
Độ dốc mái VTN : m’
1
= 1,25; m’
2
= 1,5
Bề rộng đáy vật thoát nước B
đVTN
= 7.(1,25 +1,5 ) + 3 = 22,25 m

12
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
PHẦN III :
TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN:
I. NHIỆM VỤ VÀ TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN.
1. Mục đích

Việc tính toán thấm qua đập nhằm :
• Tính toán thấm xác định lưu lượng dòng thấm q qua đập và nền. Trên cơ sở đó tìm lưu lượng
tổn thất của hồ do dòng thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp.
• Xác định đường bão hoà, từ đó tìm ra được áp lực thấm dùng tính toán ổn định của mái đập.
• Xác định gradien thấm ( hoặc lưu tốc thấm ) của dòng chảy trong thân đập, nhất là chỗ dòng
thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm ra hiện tượng xói ngầm, trôi đất và xác định kích thước cấu tạo
của tầng lọc ngược. ( Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền )
2. Các trường hợp, mặt cắt tính toán.
Trong thiết kế đập đất cần tính cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập:
• Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng: thiết bị chống thấm, thoát nước
làm việc bình thường.
• Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng.
• Ở thượng lưu nước rút đột ngột.
• Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
• Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng.
• Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính thấm với trường hợp thứ nhất: Thượng lưu là MNDBT, hạ
lưu là mực nước min tương ứng: thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường.
3. Các mặt cắt tính toán.
13
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Tính toán chi tiết cho 2 mặt cắt đại diện :
Mặt cắt 1-1 ở lòng sông ( chỗ tầng thấm dày nhất ).
Mặt cắt 2-2 ở vai đập ( đập trên nền không thấm ).
II. TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT Ở LÒNG SÔNG.
Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất.
Thượng lưu là MNDBT: h
1
= MNDBT - Z
đáy
= 77,7-(35-1) = 43,7(m)

Hạ lưu là mực nước min: h
2
= MNHLBT - Z
đáy
= 41,1 -( 35-1)= 7.1 (m)
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng.
a) Xác định lưu lượng thấm:
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:
- PT lưu lượng qua tường nghiêng và chân răng bên trái trục Oy
2 2 2
1 1 0
1 1
0
.
2. .sin
H h z
H h
q K T
r
δ α δ
 
− −
−
= +
 ÷

 
(1)
- Bên phải trục Oy
2 2
1 2 1 2
d
1 1 2
( ) ( )
.
2( ) ' 0,44
n
h H h H T
q K k
L m h L m H T
− −
= +
− − +
(2)
Trong đó:
Hệ số thấm của đập: K
đ
= 10
-6
m/s
Hệ số thấm của thiết bị chống thấm K
0
=10
-9
m/s
Hệ số thấm của nền K

n
= 10
-5
m/s
δ
: Chiều dày trung bình của tường nghiêng =(1+7)/2 =4 m
t: Chiều dày trung bình của chân răng t =(t
1
+t
2
)/2 =(28.34+4.52)/2 =16 m
H
1
=43,7 m
H
2
= 7,1 m
m
1
: Hệ số mái thượng lưu = 3.5
m’: Hệ số mái lăng trụ hệ thoát nước =1.25
Z
0
=
δ
.cos
α
= 4.cos14
o
2’ = 3.876(m)

14
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
L = m
1
.Hđập + B
đập
+ m
2
.(H
đập
-H
VTN
) - m
’
.( H
VTN
-H2)
= 3.5x49+3+2.75(49-12.2)-1.5*12.2= 253.05(m)
sin
α
= sin 15
o
56’ = 0,275
Thay và giải hệ phương trình:
2 2 2
9
3
1
39.1
39.1 3.85

10 .4.8
2*4*0.275 15
h
h
q
−
 
−
− −
= +
 ÷
 

2 2
6 5
1 1
1
7.6 ( 7.6)*4.8
10 10 .
2(253.05 3.5 ) 253.05 1.25*7.6 0,44*4.8
h h
q
h
− −
− −
= +
− − +
Dùng phương pháp thử dần:
h
1

= 10.219(m)
q =6.5 10
-7
(m/s)
b) Phương trình đường bão hòa:
Y =
2 2
2
1 2
1
1 3
.
.
h H
h x
L m h
−
−
−
=
2 2
2
10.219 7.6
10.219 .
241.65 3.5*10.219
x
−
−
−
=

104.428 0.227.x−

x(m) 0 10 20 30 50 80 110 140 180 210 230
Y(m) 7.520 7.499 7.477 7.456 7.413 7.348 7.283 7.217 7.128 7.061 7.015
c) Kiểm tra độ bền thấm:
- Với thân đập cần bảo đảm đ4iều kiện:
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
Trong đó:
J
k
đ
=
1 2
1 1
10.219 7.6
0.01272
. 241.65 3.5 10.219
h H
L m h x
− −
= =
− −
SUA 7.6 THANH 7.1
[J
k

đ
] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep. Tra phụ lục P3-3 ta được
[J
k
đ
] = 0,8
Vậy: J
k
đ
< [J
k
đ
] . Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập.
15
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:
J
k
n

≤
[J
k
n
]
Trong đó:
J
k
n
=

1 2
2
10.219 7,6
0.0112
'. 0,44 241.65 1,25.7,6 0,44.4,8
h H
L m H T
− −
= =
− + − +
[J
k
n
] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep. Tra bảng P3-2 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.
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.

1. 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
Chọn mặt cắt sườn đồi tính toán tại cao trình : 52 m
Trong đó:
q : Lưu lượng thấm .
K
d
: Hệ số thấm của đập (K
d
= 10
-6
)
K
0
: Hệ số thấm của tường nghiêng (K
0
=10
-9
)
H
1
: Cột nước trước đập.
H
1
= MNDBT - ∇

đáy
. =77.7-52 = 25.7(m)
m
1
: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m
1
= 3.5)
m
2
: Hệ số mái dốc mái hạ lưu. (m
2
= 2.75)
H : Chiều cao đỉnh đập H = 84- 52 =32(m)
L : Chiều dài đáy đập.
L = m
1
.H + m
2
.H + B
đỉnhđập
L = 3,5.32 + 2,75.32 + 10 = 208.4(m)
δ : Chiều dày trung bình tường nghiêng. ( δ = 3m )
16
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Z
0
= δ.cosα = 3.cos15
o
56’= 2.885 m
sin

α
= sin 15
o
56’ = 0,275
Thay các giá trị vào hệ phương trình ta có:

2 2 2
1 1 0
0
2 2
1 0
1 1 2 0
0
2
.
2. .sin
.
2.( . . )
.
0,5
đ
đ
H h Z
q K
h a
q K
L m h m a
a
q K
m

δ α

− −
=



−
=

− −


=

+

=>
( )
2 2 2
9
1
2 2
6
1 0
1 0
6
0
20 2.89
10

2.3.0,275
10
2 174.125 3,5. 2,75.
10
2.75 0,5
h
q
h a
q
h a
a
q
−
−
−

− −
=



−

=

− −


=
+



Giải hệ bằng phương pháp thử dần
Kết quả tính toán :
h
1
=10.7 ( m )
a
0
= 1.058 ( m )
q = 4.257 10
-7
( m
2
/s )
2. Phương trình đường bão hoà.
Phương trình đường bão hoà trên trục toạ độ có dạng :
2
1
2.
.
đ
q
Y h x
K
= −
7
2 2
1
6

2. 2.2,015.10
. 7.69
10
d
q
y h x x
K
−
−
= − = −
59.136 0.403y x= −
x(m) 0 10 20 30 50 80 110 130
Y(m) 10.500 10.093 9.668 9.225 8.266 6.570 4.243 1.110
3.Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt.
Cần đảm bảo điều kiện: J
k
đ

≤
[J
k
đ
]
17
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Trong đó: [J
k
đ
] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep. Tra bảng 5
(TCVN 8216:2009) ta được [J

k
đ
] = 0,5
Vậy: J
k
đ
< [J
k
đ
] . Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập.
PHẦN IV
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP
Đập đất là công trình chắn nước có mặt cắt hình thang, mái dốc tương đối thoải, trọng lượng đập
lớn, nên khó có thể bị nước đẩy theo phương trượt ngang. Sự mất ổn định về trượt của đập chỉ có
thể là trượt mái hoặc mái cùng với một phần của nền. Vì vậy, để xét sự ổn định của đập đất ta
phải tính toán ổn định mái đập.
I. TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN.
Theo quy định của quy phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định với 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 lực cơ bản).
• Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ
hợp lực đặc biệt)
2. Cho mái thượng lưu.
• Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp lực cơ
bản).
• Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H
đập
) (tổ hợp lực
cơ bản).

• Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp lực
đặc biệt).
II. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CUNG TRƯỢT.
1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.
Để giảm bớt khối lượng tính toán trước khi tính hệ số ổn định K, ta cần xác định vùng chứa tâm
trượt nguy hiểm bằng cách sử dụng kết hợp hai phương pháp :
18
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
• Phương pháp Filennit : để xác định đường thẳng MM
1
chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất.
• Phương pháp Fanđêép : để xác định sư bộ vùng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất.
⇒ Tìm ra được phạm vi chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất.
Nội dung cụ thể các phương pháp :
a. Phương pháp Filennit:
- Theo Filennit, tâm trượt nguy hiểm nằm ở vùng lân cận đường MM
1
( hình vẽ).
- Tìm điểm M
1
nằm sâu dưới đáy đập một độ sâu H ( H: chiều cao đập) và cách điểm Q1
( chân của mái dốc ) một đoạn nằm ngang bằng 4,5H về phía thân đập.
- Xác định điểm M, là giao điểm của hai đường thẳng xuất phát từ Q
1
và P trong đó Q
1
M làm
với mái dốc một góc β, PM làm với phương ngang một góc α. Trị số α và β phụ thuộc vào hệ số
mái dốc m, với m= 2.5 tra bảng 4.46 trang 87 sách Thủy Công I ĐHBK Đà Nẵng ta có: α=
35

o
và β = 25
o
.
- Nối M và M
1
và nối dài về phía trên đỉnh đập thành đường thẳng M
1
M.
Xác định điểm M
1
:
Cách đáy đập theo phương thẳng đứng một khoảng là H =46 m
Cách đáy đập về bên phải theo phương ngang một khoảng là 4,5H= 207 m
Điểm MM
1
được xác định như trong hình vẽ.
b. Phương pháp Fanđêép:
Theo phương pháp này cho phép ta định khu vực chứa tâm trượt. Lúc này tâm cung trượt
nguy hiểm nhất nằm ở vùng lân cận hình thang cong. Để xác định khu vực này thì từ điểm giữa
mái đập hạ lưu(khi mái có độ dốc khác nhau thì lấy trị số trung bình ) ta vẽ một đường thẳng
đứng và một đường hợp với mái dốc một góc 85
o
. Cũng lấy điểm đó làm tâm vẽ các cung tròn có
bán kính R
1
và R
2
, các bán kính này phụ thuộc vào chiều cao đập và độ dốc mái trung bình.
Ta có: Hệ số mái dốc trung bình là m

tb
=2.5.
Chiều cao đập là H
đ
= 46m.
Tra bảng 4.5 trang 87 sách Thủy Công I ĐHBK Đà Nẵng ta có: R
1
/H= 0.875 và R
2
/H =2.025
Từ đó suy ra: R
1
= 40.25m, R
2
= 93.15m.
Kết hợp cả hai phương pháp trên ta được vùng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB.
19
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Trên đoạn AB ta giả định các tâm bất kì O
1
, O
2
, O
3
,… vạch các cung trượt đi qua điểm Q
1
ở
chân đập, tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K
1
, K

2
, K
3
…. cho các cung 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 MM
1
. Từ vị trí của tâm O ứng với K
min
đó, kẽ đường thẳng N-N vuông góc với
đường MM
1
, trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác, vạch các cung cũng đi qua điểm Q
1
ở
chân đập, tính hệ số K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K
i
và vị trí tâm O
i
ta xác
định được trị số K
min min
ứng với điểm Q
1

ở chân đập.
2. Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ.
Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức xác định hệ số an toàn K cho một
cung trượt. Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định lực thấm.
Ta xét theo công thức của Ghécxêvanốp 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.
20
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b như hình vẽ. Ta có công thức tính toán như sau:
n
nnnnn
T
lCtgWN
K
∑
∑+−∑
=
.)(
ϕ
(*)
Trong đó: φ
n
và C
n
là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
 Nếu điểm đang xét nằm trên đường bão hòa thì C
n
=C
tự nhiên
đất

= 3,0 (T/m
2
), và φ
n
= 23
o
.
 Nếu điểm đang xét nằm dưới đường bão hòa nhưng trên mặt nền thì C
n
=C
bh
đất
= 2,4 (T/m
2
) và
φ
n
= 20
o
.
 Nếu điểm đang xét nằm trong đá của lăng trụ thoát nước thì C
n
=C
tựnhiên
đá
=0(T/m
2
) và φ
n
= 30

o
.
 Nếu điểm đang xét nằm dưới mặt nền thì C
n
= C
bh
nền
= 0,7(T/m
2
) và φ
n
= 22
o
.
L
n
: bề rộng đáy dải thứ n.
W
n
: áp lực thấm ở đáy dải thứ n. W
n
= γ
n
.h
n
.l
n
h
n
: chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy dải.

N
n
và T
n
: thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải G
n
N
n
= G
n
.cosα
i
; T
n
= G
n
.sinα
i
.
G
n
= b.(∑γ
i
.Z
i
)
n
: trọng lượng dải đất
Trong đó: Z
i

là chiều cao của phần dải tương ứng có dung lượng là γ
i
Với đất trên đường bão hòa lấy theo dung trọng tự nhiên
γ
i
tn
= γ
k
(1+W)
Với đất dưới đường bão hòa lấy theo dung trọng bão hòa nước
γ
i
bh
= γ
k
+ n. γ
n
( n là hệ số rỗng )
Kết quả tính toán được tiến hành lập bảng để xác định công thức (*) ở trên:
21
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Với các thông số :
• Dung trọng tự nhiên của đất đắp đập γ
0
γ
tn
= γ
k
.(1+W)= 1,62.(1+0,2)= 1,944 (T/m
2

)
• Dung trọng bão hòa của đất đắp đập γ
1
γ
bh
đập
= γ
k
đập
+ n.γ
n
= 1,62+ 0,35.1= 1,97 (T/m
2
)
• Dung trọng bão hòa của đất nền γ
2
γ
bh
nền
= γ
k
nền
+ n.γ
n
= 1,59+ 0,39.1= 1,98 (T/m
2
)
• Dung trọng tự nhiên của đá (thiết bị thoát nước) γ
3
γ

đá
= 2,4 (T/m
2
)
• Dung trọng bão hòa của đá (thiết bị thoát nước) γ
4
γ
đá
bh
= 2,4+ 0,35.1= 2,75 (T/m
2
)
Cột 1:Ghi thứ tự các dải ,được xác định dựa vào sơ đồ ổn định trượt mái đập đất
theophương pháp Ghecxevanop.
Cột 2: Chiều sâu từ đỉnh đập đến đường bảo hòa ở trọng tâm dải thứ n (ho).
Cột 3: Chiều sâu đất dắp đập từ đường bão hòa đến đáy đập (h1).
Cột 4: Chiều sâu của đất nền từ đáy đập đến đáy cung trượt (h2).
Cột 5: Chiều sâu của đá từ đỉnh thiệt bị thoát nước đến đường bão hòa (h3).
Cột 6: Chiều sâu của đá từ đường bão hòa đến đáy đập
≡
đáy thiết bị thoát nước (h4).
Cột 7: Chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến điểm đang xét tại mặt trượt h
n.
h
n
=h
1
+h
2
+h

4
Cột 8: Trọng lượng của khối đất dải thứ n G
n
=b
∑
ii
h
γ
.
Cột 9: Sin αi.
Cột 10: Cos αi.
Cột 11: Thành phần tiếp tuyến T
n
= G
n
.sinα
i
.
Cột 12: Thành phần pháp tuyến N
n
= G
n
.cosα
i
.
Cột 13: Áp lực thấm ở đáy dải thứ n. W
n
= γ
n
.h

n
.l
n
với
γ
n
=1 (T/m
2
)
bề rộng đáy dải thứ n. l
n
= b/cosα
i
(m)
Cột 14: Tan của góc ma sát φ
n
trong ở đáy dải thứ n.
Cột 15: (N
n
-W
n
). tgφ
n
.
Cột 16: : Lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n. C (T/m
2
)
Cột 17: Tích C
n
.l

n
.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Dải ho h1 h2 h3 h4 hn Gn sin α cos α Tn Nn Wn Tan Ø(Nn-Wn)tag Ø Cn Cn.ln
Từ bảng excel tính được các K
i
, từ đó ta có được K
min
= 1,243
3. Đánh giá tính hợp lý của mái:
Mái đập bảo đảm an toàn về trượt nếu thỏa mãn điều kiện: K
min
≥ [ K]
22
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Trong đó [K] phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng, xem bảng P1-7 (Theo
QPVN 11-77) ta có được [K] = 1.3 (cấp công trình là cấp II).
Tuy nhiên để đảm bảo kinh tế, cần khống chế: K
min
≤ 1,15.[K] = 1,15.1,3 = 1.495
Mái đập được gọi là hợp lý nếu thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện trên.
Trong trường hợp này mái đập chỉ mới thỏa mãn yêu cầu về kinh tế còn về tính đảm bảo ổn
định chưa đáp ứng được,có khả nawg nguy hiểm cao vì ta mới chỉ tính chung cho 7 cung
trượt mà hệ số K
min
= 1.243< [K]= 1.3, do đó cần xem xét ,có biện pháp khắc phục tính toán
kĩ lại trước khi thi công ví dụ như tăng thêm hệ số mái dốc
PHẦN V: CẤU TẠO CHI TIẾT
I. Đỉnh đập: Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần phủ một lớp dăm –
sỏi dày 15 ÷ 25 cm để bảo vệ. Mặt đỉnh đập làm dốc về hai phía với độ dốc i = 2 ÷ 4 % để

thoát nước mưa.
II. Bảo vệ mái đập:
1. Mái thượng lưu: Được gia cố như thiết kế sơ bộ.
2. Mái hạ lưu: Cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra do vậy ta chỉ cần dùng
hình thức trồng cỏ. Trên mái hạ lưu cần đào rãnh nhỏ nghiêng với trục đập góc 45
o
, trong
rãnh bỏ đá dâm để tập trung nước mưa. Nước từ các rãnh tập trung vào mương ngang bố trí
ở cơ, mương ngang có độ dốc về 2 bên bờ để nối với mương dọc dẫn nước về hạ lưu.
III. Nối tiếp đập với nền và bờ:
1. Nối tiếp đập với nền:
Trước khi đắp đập phải dọn lớp mặt tầng phong hóa, lớp thực vật và lớp đất mặt có khả
năng sinh thấm tập trung và sinh trượt như: tầng cát mịn mỏng, bùn loãng có lẫn đá dăm.
Thông thường phải bóc một lớp dày từ 0,3 ÷ 1m trên mặt nền, ở đây ta bóc đi 1m.
Do đất nền và đất đấp đập khác nhau nên ta cần làm các chân răng để bảo vệ công trình, vật
liệu làm chân răng là đất sét, chân răng cắm sâu vào tầng đá gốc để giảm thấm.
2. Nối tiếp đập với bờ:
Cần phải đảm bảo các yêu cầu như nối tiếp đập với nền. Cần chú ý thêm mấy điểm
-Ở chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải cấm sâu vào trong đá tốt hoặc đá ít phong
hóa. Khi tầng không thấm nằm rất sâu trong bờ, phải cắm thiết bị chống thấm vào bờ một
khoảng nhất định
- Mặt nối tiếp thân đập với bờ không đánh cấp, không làm quá dốc, không cho phép làm
dốc ngược.
23
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
PHẦN B: THIẾT KẾ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC
DƯỚI ĐẬP ĐẤT
A. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG:
I. Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1. Nhiệm vụ:

- Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân
- Cấp nước tưới cho 5000 ha ruộng đất canh tác
2. Cấp công trình:
- Theo nhiệm vụ, tra bảng P1-2, cấp công trình là cấp III.
- Theo cấp chung của cả công trình đầu mối, vì cống là một trong những công trình chủ
yếu của đầu mối. Cấp của cả công trình được xác định như ở phần thiết kế đập. Do đó, cấp
công trình là cấp II.
=> Kết hợp hai điều kiện trên, ta chọn cấp công trình là cấp II.
3. Các chỉ tiêu thiết kế
Ta có ∇
MNDBT
= 253.1 ( m) tương ứng với Q
bt
= 3,7 ( m
3
/s )
∇
MNC
= 226.7 ( m) tương ứng với Q
tk
= 4,3 ( m
3
/s )
∇Mnđk = 224,7 ( m)
Cống được đặt hoàn toàn trên nền đất tự nhiên có tuyến thẳng góc với tuyến đập.
II. Chọn tuyến và hình thức cống:
1. Tuyến cống: Cần phải đảm bảo yêu cầu:
- Nằm cùng phía với khu tưới và khác phía với tuyến tràn
- Nằm dưới cao trình mực nước chết
- Nằm cao hơn cao trình mực nước bùn cát lắng đọng

- Chọn tuyến cống hợp lý và có chiều dài ngắn nhất
- Tuyến cống phải ngắn, thẳng, nên đi dọc theo đường đồng mức. Thân cống dài sẽ xảy
ra các hiện tượng nứt, gãy …. nên thân cống phải đặt trên nền đất tự nhiên ( địa chất tốt,
không nằm trên nền đất đắp), tránh đặt một phần cống trên nền đất một phần trên nền đá,
thuận lợi cho thi công.
- Giảm khối lượng đào đắp, xây lắp
- Khi thiết kế cống ở thềm trái hoặc phải của lòng sông được chọn sao cho việc dẫn nước
vào khu tưới thuận lợi nhất về kinh tế, vị trí cống không nên bố trí ở giữa thân đập.
Kết luận: Để đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy cho 5000 ha ruộng đất canh tác, nuôi trồng
thủy sản và nhu cầu sinh hoạt ta bố trí cống ngầm lấy nước ở bờ trái dòng sông, dưới thân
đập để đảm bảo không bị bùn cát lắng động ở thượng lưu lấp miệng cống.
2. Hình thức cống:
24
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều ( từ MNC
đến MNDBT) nên hình thức hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp.
- Chọn hình thức đóng mở cống là loại van thẳng bằng thép.
- Chọn vị trí tháp đóng cống, mở cống. Theo kinh nghiệm tháp đóng mở được chọn ở
mái thượng lưu của đập ở vị trí khoảng 1/3 chiều dài cống.
- Đoạn cống trước tháp đóng, mở cống được thiết kế có dạng thuận dòng và có đoạn
kênh dẫn vào.
- Cống được làm bằng vật liệu Bêtông cốt thép
- Chọn mặt cắt cống hình chữ nhật một cửa
Cuối cống có công trình tiêu năng
- Để đảm bảo điều kiện ổn định và chống nứt nẻ, thấm qua thân cống trong mọi trường
hợp. Cống được thiết kế với chế độ chảy bán áp.
- Phía dưới cống được lót một lớp bêtông M100 để tăng ổn định cho cống.
- Phần tiếp giáp thân cống và đất đắp đập được bọc một lớp đất sét đã được luyện kỹ dày
10 cm.
- Cuối cống có công trình tiêu năng

3. Sơ bộ bố trí cống:
Chọn sơ bộ cao trình đáy cống thấp hơn MNC 1,5m
∇
đc
= 226,7 – 1,5 = 225,2 (m).
Từ vị trí cao trình đáy cống đối chiếu với sơ đồ đập ta xác định sơ bộ được chiều dài cống
L
c
= 197 m.
B. THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG:
I. Thiết kế mặt cắt kênh:
- Tính toán cống ứng với trường hợp bất lợi nhất về chế độ thủy lực tức là cống cung cấp
đủ lưu lượng thiết kế (Q
tk
= 4,3 m
3
/s ) khi hồ làm việc ở cao trình MNC.
- Ta chọn cống bằng bêtông cốt thép có mặt cắt hình chữ nhật có một cửa lấy nưóc và có
các chỉ tiêu:
+ Độ nhám lòng kênh: n = 0,025.
+ Hệ số mái kênh :m=1,5.
+ Độ dốc đáy kênh : i = 0,0002
- Chiều dài cống được xác định từ mặt cắt tại cửa ra đến cửa van đóng mở cống.
L
c
= 197 (m)
- Xác định vận tốc không xói (theo TCVN 4118-85)
V
kx
= k.Q

0,1
(m/s)
Trong đó Q – lưu lượng của kênh (m
3
/s)
K – hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha k = 0,53
Do đó: V
kx
= 0,53.4,3
0,1
= 0,61 (m/s ).
- Sơ bộ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm
h = 0,5.(1 + V
kx
).
3
Q
(m).
Thay số ta được:
h = 0,5.( 1+ 0,61 ).
3
4,3
= 1,31 (m),
25