Đồ án môn đập đất thủy công

Đồ Án Môn Học Thủy Công
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THUỶ CÔNG
SỐ ĐỀ : 85C
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 )
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
1
Đồ Án Môn Học Thủy Công
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
Bảng1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập
Chỉ tiêu
Loại
HS
rỗng
n
Độ
ẩm
W%
ϕ
(độ) C (T/m
2
)
K
γ

(T/m
3
)
k
(m/s)
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:
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
2
Đồ Án Môn Học Thủy Công
- 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 =2,8km ; ứng với MNLTK: D’ = 3,1km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
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)
85 C 2,8 115,5 133,5 108,1 109,0
+ Mực nước lũ thiết kế MNLTK = MNDBT + 3 = 133,5 + 3 = 136,5 (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.
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
3
Đồ Án Môn Học Thủy Công
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
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:
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
4
Đồ Án Môn Học Thủy Công
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 trữ 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 ngược và bảo vệ mái sau khi
làm xong đập đất.
IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1. Cấp công trình:
a) Theo chiều cao công trình và loại nền :
Cao trình đỉnh đập:
∇
đỉnh đập
= MNLTK + d với d = 1,0 3,0 chọn d =2,5 thay số ta có
∇
đỉnh đập
= 136,5 + 2,5 = 139(m)
Từ mặt cắt địa chất tuyến đập C ∇
đáy đập
= 104 m (có kể đến bóc bỏ 100cm = 1 m )
Vậy chiều cao đập
H = ∇
đỉnh đập
- ∇
đáy đập
= 139 – 104 = 35 m
Nền đất nhóm B
Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra bảng 1

→
Cấp thiết kế là cấp I
b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tới cho 2650ha . Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra

bảng 1


→
Cấp thiết kế là cấp III
So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp I
2. Chỉ tiêu thiết kế:
Từ cấp công trình xác định được:
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
5
Đồ Án Môn Học Thủy Công
- Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Theo QCVN 04-05-2012, mục 5.2, tra bảng 4 ta có
P
tk
= 0,5%, P
kt
= 0,1%.
- Hệ số tin cậy K
n
: Theo QCVN 04-05-2012, phụ lục B, mục B.2 ta có K
n
= 1,2
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (theo TCVN 8216-2009, mục 6.1.3) tra
bảng 3 ta có:
Tần suất gió lớn nhất ứng với MNDBT tương ứng P = 2%.
Tần suất gió bình quân lớn nhất ứng với MNLTK tương ứng P = 25%.
- Theo quan hệ tài liệu :
P = 2%
→
V = 32m/s : MNDBT

P = 25%
→
V = 15,5m/s : MNLTK
- Độ vượt cao an toàn (theo TCVN 8216-2009, mục 6.1.3) tra bảng 2 ta có :
+ a = 1,2 : MNDBT
+ a
’
= 1,0 : MNLTK
+ a
’’
= 0,3 : MNLKT
B. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.
I. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập:
- Xác định từ 3 mực nước: MNDBT, MNLTK và MNLKT.
Z
1
= MNDBT +
h
∆
+ h
sl
+ a
Z
2
= MNLTK +
h
∆
’ + h
sl

’ + a
’
Z
3
= MNLKT + a
’’
Trong đó:
h
∆
và
h
∆
’ : Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
6
Đồ Án Môn Học Thủy Công
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.
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 = 2,8.10
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

= 133,5 - 104= 29,5(m)
S
α
- Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió.
S
α
= 0
0
thay số ta có :
2 3
32 .2,8.10
6
2.10 . .1 0,02( )
9,81.29,5
h m
−
∆ = =
* Xác định h
sl
:
Theo TCVN 8421-2010 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
h
sl(1%)
= h
run1%
= K
r
. K
p
. K

sp
. K
run
. h
s1%
Trong đó: h
s1%
- Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; K
r
, K
p
- các hệ số phụ thuộc độ nhám
tương đối r /h
1%
và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập được tra ở bảng 6; K
sp
- hệ số phụ thuộc
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
7
Đồ Án Môn Học Thủy Công
vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng 7; K
run
- hệ số được xác định từ đồ thị
hình 11.
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

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 = 21600s
V : vận tốc gió tính toán V = 32 m/s
D : chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT ; D = 2800 m.
Thay số ta tính được:
2 2
9,81.6.3600
6621,75
32
9,81.2800
26,82
32
gt
V
gD
V
= =
= =
Tra đồ thị hình A1(TCVN 8421-2010) ứng với đường bao trên cùng ta được :
+ ứng với
2

6621,75 0,07; 3,8
gt gh gt
V V V
= ⇒ = =
+ ứng với
2 2
26,82 0,0095; 1,08
gD gh gt
V V V
= ⇒ = =
ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là:
0,0095
2
1,08
gh
V
gt
V

=




=



⇒
( )

2 2
32
0,0095. 0,0095. 0.99
9,81
V
h m
g
= = =

( )
1,08. 1,08.32
3,52
9,81
V
t s
g
= = =
bước sóng trung bình xác định theo công thức sau :
2 2
9,81.3,52
19,36( )
2 2.3,14
g
m
τ
λ
π
= = =
H = 29,5m ; 0,5.
λ

=0,5.19,36 = 9,68 m
⇒
H > 0,5
λ

⇒
giả thiết là đúng
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
8
Đồ Án Môn Học Thủy Công
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 A2(TCVN 8421-2010) ứng với
2
26,82
gD
V
=
và P =
1
%.
⇒

K
1%
= 2,1
chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
s1%
=K
1%
.h
tb
= 2,1.0,99 = 2,097 (m) > 1,25 (m)
Tra các hệ số K
r
,K
p
: chọn lớp vật liệu gia cố mái là bản bê tông (bê tông cốt thép):
Tra bảng 6 (TCVN 8421-2010)
⇒
giá trị K
r
= 1 ; K
p
=0,9
Tra hệ số K
sp
: giả thiết hệ số mái m = 35 ; V =32m/s tra bảng 7 (TCVN 8421-2010)
=> K
sp
=1,5
Tra K

run
: ta có
1%
19,36
9,23
2,097h
λ
λ
= = →
tra trên đồ thị hình 11 (TCVN 8421-2010)

suy ra
K
run
=1,15
vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
h
sl1%
= K
r
.K
p
.K
sp
.K
run
.h
s1%
=1.0,9.1,5.1,15.2,097 = 3,26 m
vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :

Z
1
= MNDBT +
h
∆
+ h
sl
+ a = 133,5 + 0,02 + 3,26+1,2 = 137,98m
b. Xác định h
’
và h
sl
’
ứng với gió bình quân lớn nhất V
’
* xác định 
h
’

h
’
đợc 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 MNLTK
D
’
= D + 0,3km = 2800 + 300 = 3100 m
H
’
chiều sâu nước trước đập ứng với MNLTK
H
’
= MNLTK – ∇
đáy đập
thay số : H
’
= 136,5 – 104 = 32,5 m
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
9
Đồ Án Môn Học Thủy Công


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
’
2 ' 2
' 6 ' 6
'
'
15,5 .3100
2.10 cos 2.10 . 0,0047( )
9,81.32,5
V D
h m
gH
α
− −
∆ = = =
Xác định h
sl

’
:
Theo TCVN 8421-2010 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
h
sl1%
’
= K
r
’
.k
p
’
.K
sp
’
.K
run
’
.h
1%
’
h
sl
’
1%
: chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% đợc tính với trường hợp gió bình quân lớn nhất
V
’
= 15,5m/s
K

r
’
,K
p
’
: các hệ số tra ở bảng 6 (TCVN 8421-2010).
K
sp
’
: Hệ số tra ở bảng phụ lục 7 (TCVN 8421-2010).
K
run
’
: hệ số tra ở đồ thị hình 11 (TCVN 8421-2010).
Xác định h
1%
’
theo (TCVN 8421-2010).
Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H
’
 0,5 
’
)
Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :
'
9,81.6.3600
13670,71
15,5
gt
V

= =
'
'2 2
9,81.3100
126,58
15,5
gD
V
= =
Tra đồ thị hình A1 (TCVN 8421-2010) ứng với đường bao trên cùng ta được :
+ ứng với
' '2 '
13670,71 0,104; 4,7
gt gh gt
V V V
= ⇒ = =
+ ứng với
'
'2 '2 '
126,58 0,018; 1,64
gD gh gt
V V V
= ⇒ = =
ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là:
0,018
2
1,64
gh
V
gt

V

=




=



2
0,018.15,5
' 0,44
9,81
h m= =
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
10
Đồ Án Môn Học Thủy Công
( )
1,64.15,5
2,59
9,81
t s
′
= =
( )
2
' 2
'

9,81.2,59
10,48
2 2.3,14
gt
m
λ
π
= = =
Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5
'
λ
H’ = 33 > 0,5. 10,48 = 5,24 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết
Tính h’
1%
= K
1%
.
,
h
Trong đó:
Trong đó K
1%
tra ở đồ thị hình A2 (TCVN 8421-2010) ứng với đại lượng
2 2
. ' 9,81.3100
126,58
' 15,5
g D
V
= =

1%
2,12K
→ =
h’
s1%
= 2,12.0,44 =0,93 (m)
- Hệ số K’
r
, K’
p
tra ở bảng 6 (TCVN 8421-2010). Lớp vật liệu gia cố mái là bản bê tông (bê
tông cốt thép) =>K’
r
= 1 ; K’
p
=0,9.
- Hệ số K’
sp
tra bang 7 (TCVN 8421-2010). , phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
- Chọn sơ bộ hệ số mái: m = 35
- Tra bảng 7 bằng cách nội suy ta được
→
K’
sp
= 1,32 (V
gió
= (20m/s >15,5m/s > 10m/s)
- Hệ số K’
run
tra ở đồ thị hình 11 (TCVN 8421-2010), phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

1%
'
'
S
h
λ
1%
' 10,48
11,27
' 0,93
S
h
λ
= =
' 1,2
run
K
→ =
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
11
Đồ Án Môn Học Thủy Công
h’
sl1%
= K’
r
.K’
p
.K’
sp
.K’

run
.h’
1%
= 1.0,9.1,32.1,2.0,93 = 1,33 (m)
Vậy Z
2
= MNLTK +
h
∆
’ + h’
sl
+ a’
= 136,5 + 0,0047 + 1,33 + 1 = 138,84 (m).
c) Cao trình đỉnh đập dựa vào MNLKT
- MNLKT = MNLTK + 1,5 = 136,5 + 1,5 = 138 (m).
Vậy Z
3
= MNLKT + a’’ = 138 + 0,3 = 138,3 (m).
Chọn cao trình đỉnh đập: ∇
đỉnhđập
=(Z
1
, Z
2
,Z
3
)max = 138,84 (m). Lấy tròn 139 (m).
d) Kiểm tra cấp công trình.
- Ta có :
+ Z

đỉnh đập
= 139 (m) => H = ∇
đỉnhđập
- ∇
đáy đập
= 139 – 104 = 35 (m).
+ Nền loại B.
=> Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra bảng 1

→
Cấp thiết kế là cấp I bằng với cấp thiết
kế ở trên nên thỏa mãn.
2. Bề rộng đỉnh đập:
Vì không có đường giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng đỉnh đập là B = 6m. để
thi công thuận tiện và phù hợp với chiều cao đập.
II. Mái đập và cơ:
1. Mái đập:
Chiều cao đập H = Z
đ
- Z
đáy
= 139 -104 = 35(m).
Sơ bộ hệ số mái:
+ Mái thượng lưu: m
1
= 0,05H +2,00 = 0,05.35 + 2 = 3,75
+ Mái hạ lưu : m
2
= 0,05H + 1,5 = 0,05.35 + 1,5 = 3,25
Lấy m

1
= 3,5
m
2
=3
2. Cơ đập:
- Đập cao 35m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu.
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
12
Đồ Án Môn Học Thủy Công
- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m.Ta chọn cơ ở giữa 2 cao trình đỉnh
đập và đáy đập,do đó chọn cơ ở cao trình 121,5m cách mặt đập 17,5m.
- Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m. Lấy 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>5m) : 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 = 4m 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 = 4 - 1 = 3m < 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 (theo TCVN 8216-2009 theo mục 6.4.1)
- Trên đỉnh:
1
0,8m
δ
≥
.Chọn
1
1m
δ
=
- Dưới đáy:
[J ]
cp
Z
δ
≤
Trong đó: Z- Là chênh lệch cột nước trước và sau tường
Z = MNLTK - Z
đáy
= 136,5 – 104 = 32,5 (m)
[J
cp
]- Là gradient cho phép của đất đắp
Đối với đất sét [J
cp
] từ 5 đến 10

=>
3,25 6,5
10 5
Z Z
δ
= ≤ ≤ =
- Chọn
2
δ
= 5 m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu.
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
13
Đồ Án Môn Học Thủy Công
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.
 Chiều dày chân răng phía trên là: t
1
= 5m.
 Chiều dày phía dưới chân răng là : t
2
= 1m.
IV. Thiết bị thoát nước thân đập.
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập.
1. Đoạn lòng sông:
- Hạ lưu có nước

- Chiều sâu nước hạ lưu:
H
HL max
= MNHL
max
- Z
đáy
= 109,0 - 104 = 5 m
H
HLBT
= MNHLBT - Z
đáy
= 108,1 -104 = 4,1 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÷1,5)m.
Chọn 1,0m
- Do đó chiều cao lăng trụ h
lt
= 5 + 1 =6(m)
- Bề rộng đỉnh lăng trụ b
≥
2m chọn b = 3m
- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
14
Đồ Án Môn Học Thủy Công
Hình 1: Mặt cắt lòng sông.
139
121,5

110
6
101
104
m

=

3
,
5
m

=

3
m

=

3
m

=

1
,
5
m

=

1
,
5
h =4,1m
2
133,5
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
15
Đồ Án Môn Học Thủy Công
2. Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu không có nước. Ta chọn thoát nước kiểu áp
mái.
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. 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 bình thường tương ứng.
- Thượng lưu là MNLTK, 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 2 trường hợp:
+ Trường hợp 1:
Thượng lưu là MNDBT: H
1

= MNDBT - Z
đáy
= 133,5 – 104 = 29,5(m).
Hạ lưu là mực nước bình thường: H
2
= MNHLBT - Z
đáy
= 108,1 - 104 = 4,1 (m).
+ Trường hợp 2:
Thượng lưu là MNLTK: H
1
= MNLTK - Z
đáy
= 136,5 – 104 = 32,5(m).
Hạ lưu là mực nước max: H
2
= H
HL max
= MNHL
max
- Z
đáy
= 109,0 - 104 = 5 (m).
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng.
II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
1. Trường hợp 1.
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
16
Đồ Án Môn Học Thủy Công
Thượng lưu là MNDBT: H

1
= MNDBT - Z
đáy
= 133,5 – 104 = 29,5(m).
Hạ lưu là mực nước bình thường: H
2
= MNHLBT - Z
đáy
= 108,1 - 104 = 4,1 (m).
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng.
Sơ đồ như hình vẽ :
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
17
Đồ Án Môn Học Thủy Công
Hình 2 : sơ đồ tính toán cho mặt cắt lòng sông
139
121,5
110
6
101
104
m

=

3
,
5
m

=

3
m

=

3
m

=

1
,
5
m

=

1
,
5
h =4,1m
2
133,5
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
18
Đồ Án Môn Học Thủy Công
a) Xác định lưu lượng thấm:
- Dùng phần mềm Geo-slope để tính toán thấm:

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 = 3 m
h
1
= 29,5 m
h
2
= 4,1 m
m
1
: Hệ số mái thượng lưu = 3,5
m
2

: Hệ số mái hạ lưu = 3
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
L = 3,5.(139 - 104) + 6 + 3.(139 – 121,5) + 3.2 + 3.(121,5 - 110) + 1,5.(110 - 104)
= 230,5 (m)


1
1
0




1
1
2




1
1
4


1 1 6
139
110
133,5
1 . 0 7 0 8 e - 0 0 5 m ³ / s e c

Distance
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Elevation
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
Hình 3 : tính toán thấm qua nền và đập
Q = 1,0708.10
-5
m
3
/s.
h
3
= 12,5m.
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
19
Đồ Án Môn Học Thủy Công
- 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:








−
+
αδ
−−
= T.
t
hh
sin 2
Zhh
Kq
31
2
0
2
3
2
1
0
T44,0h'mL

T)hh(
.k
)mhL(2
hh
Kq
2
23
n
3
2
2
2
3
d
+−
−
+
−
−
=
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 = 3 m
Do hệ số mái thượng lưu là: m = cotg
α
= 3,5 =>
α
= 15
o
56’
h
1
= 29,5 m
h
2
= 4,1 m
m: Hệ số mái thượng lưu = 3,5
m
2
: Hệ số mái hạ lưu = 3
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
Z
0
=

δ
.cos
α
= 3.cos15
o
56’ = 2,89 (m)
L = 3,5.(139 - 104) + 6 + 3.(139 – 121,5) + 3.2 + 3.(121,5 - 110) + 1,5.(110 - 104)
= 230,5 (m)
sin
α
= sin 15
o
56’ = 0,2745
Thay và giải hệ phương trình:
2 2 2
9
3 3
29,5 2,89 29,5
4.10 .3
2.3.0,2745 3
h h
q
−
 
− − −
= +
 ÷
 
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
20

Đồ Án Môn Học Thủy Công
2 2
5 6
3 3
3
4,1 ( 4,1).3
10 10 .
2.(230,5 3,5 ) 230,5 1,5.4,1 0,44.3
h h
q
h
− −
− −
= +
− − +
Dùng phương pháp thử dần:
TT h
3
q
1
q
2
1 13 1.74881E-06 4.23156E-06
2 12 1.81353E-06 3.47876E-06
3 11 1.87339E-06 2.80501E-06
4 10 1.92839E-06 2.20605E-06
5 9 1.97853E-06 1.67795E-06
6 9.55 1.95156E-06 1.95987E-06
7 8.55 1.99951E-06 1.46244E-06
8 7.55 2.04262E-06 1.03061E-06

9 6.55 2.08086E-06 6.61077E-07
10 5.55 2.11425E-06 3.50734E-07
11 4.55 2.14278E-06 9.66847E-08
12 3.55 2.16645E-06 -1.0378E-07
13 2.55 2.18526E-06 -2.532E-07
14 1.55 2.19922E-06 -3.5396E-07
h
3
= 9,55(m)
q = 1,9516.10
-6
(m/s)
b) Phương trình đường bão hòa:
139
110
133,5
Distance
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Elevation
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150

155
Hình 4 :
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
21
Đồ Án Môn Học Thủy Công
2
3
d
2.
.
q
Y h x
k
= −

=
6
2
5
2.1,9516.10
9,55
1.10
x
−
−
−
=
91,203 0,39.x
−

c) Kiểm tra độ bền thấm:
- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
Trong đó:
3 2
3
9,55 4,1
0,028
. 230,5 3,5.9,55
d
k
h h
J
L m h
− −
= = =
− −
[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
]
Trong đó:
3 2
2
9,55 4,1
0,024
'. 0,44 230,5 1,5.4,1 0,44.3
n
k
h h
J
L m h T
− −

= = =
− + − +
[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.
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
22
Đồ Án Môn Học Thủy Công
Vậy J
k
n

≤
[J
k
n
]. Nên nền đảo bảo ổn định thấm.
2. Trường hợp 2
a) Xác định lưu lượng thấm:
Thượng lưu là MNLTK: H
1
= MNLTK - Z
đáy
= 136,5 – 104 = 32,5(m).
Hạ lưu là mực nước max: H

2
= H
HL max
= MNHL
max
- Z
đáy
= 109,0 - 104 = 5 (m).
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng.
Sơ đồ như hình vẽ:
139
121,5
110
6
104
m

=

3
,
5
m

=

3
m

=

3
m

=

1
,
5
m

=

1
,
5
h = 5m
2
136,5
- 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:









−
+
αδ
−−
= T.
t
hh
sin 2
Zhh
Kq
31
2
0
2
3
2
1
0
T44,0h'mL
T)hh(
.k
)mhL(2
hh
Kq
2
23
n

3
2
2
2
3
d
+−
−
+
−
−
=
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 = 3 m
Do hệ số mái thượng lưu là: m = cotg
α
= 3,5 =>
α
= 15
o
56’
h
1
= 32,5 m
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
23
Đồ Án Môn Học Thủy Công
h
2
= 5 m
m: Hệ số mái thượng lưu = 3,5
m
2
: Hệ số mái hạ lưu = 3
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
Z
0
=
δ
.cos
α
= 3.cos15
o

56’ = 2,89 (m)
L = 3,5.(139 - 104) + 6 + 3.(139 – 121,5) + 3.2 + 3.(121,5 - 110) + 1,5.(110 - 104)
= 230,5 (m).
sin
α
= sin 15
o
56’ = 0,2745
Thay và giải hệ phương trình:
2 2 2
9
3 3
32,5 2,89 32,5
4.10 .3
2.3.0,2745 3
h h
q
−
 
− − −
= +
 ÷
 
2 2
5 6
3 3
3
5 ( 5).3
10 10 .
2.(230,5 3,5 ) 230,5 1,5.5 0,44.3

h h
q
h
− −
− −
= +
− − +
Dùng phương pháp thử dần:
TT h
3
q
1
q
2
1 13 2.21254E-06 3.99888E-06
2 12 2.27726E-06 3.25011E-06
3 11 2.33712E-06 2.58024E-06
4 10.66 2.35636E-06 2.3697E-06
5 10.65 2.35692E-06 2.36363E-06
6 10.64 2.35748E-06 2.35758E-06
7 10.63 2.35803E-06 2.35153E-06
8 10.62 2.35859E-06 2.34549E-06
9 10.61 2.35915E-06 2.33945E-06
10 10.6 2.3597E-06 2.33342E-06
11 10.59 2.36026E-06 2.3274E-06
12 10.58 2.36081E-06 2.32139E-06
13 10.57 2.36136E-06 2.31539E-06
14 10.56 2.36192E-06 2.30939E-06
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
24

Đồ Án Môn Học Thủy Công
h
3
= 10,64 (m)
q = 2,35758.10
-6
(m/s)
b) Phương trình đường bão hòa:

2
3
d
2.
.
q
Y h x
k
= −

=
6
2
5
2.2,35758.10
10,64
1.10
x
−
−
−

=
113,21 0,472.x
−
c) Kiểm tra độ bền thấm:
- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
Trong đó:
3 2
3
10,64 5
0,029
. 230,5 3,5.10,64
d
k
h h
J
L m h
− −
= = =
− −
[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:
Sv: Ngô Văn Huỳnh Lớp 52CTL_3
25