thiết kế đập bê tông trọng lực

Thiết kế đập bê tông trọng lực
thiết kế đập bê tông trọng lực
Đề số 27II
A.Tài liệu
Theo quy hoạch trị thuỷ và khai thác sông C, tại vị trí X phải xây dựng một cụm công trình
đầu mối thuỷ lợi với nhiêm vụ phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ du, điều tiết nớc
phục vụ tới,cấp nớc sinh hoạt và giao thông trong mùa kiệt
I.Nhiệm vụ công trình
1.nhiệm vụ chính là phát điện.Trạm thuỷ điện có công suất N=120.000kW
2.Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hởng mà công trình có thể phát huy là250.000 ha;
3. Tăng mực nớc và lu lợng sông trong mùa kiệt để có thể tới cho 150.000 ha ruộng đất và phụ
vụ giao thông thuỷ,tạo nguồn cấp nớc sinh hoạt cho 1.000.000 ngời.
II. Địa hình,địa chât, thuỷ văn
1.Bình đồ khu đàu mối công trình, tỷ lệ 1/2000: tuyến đã đợc xác định và sơ bộ bố trí các hạng
mục công trình đầu mối nh sau:
-Đập bê tông trọng lực dâng nớc, có đoạn tràn nớc;
-Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lu đập về phía bờ trái, nớc qua turbin sẽ đợc trả lại sông để cấp
nớc cho hạ du. Có 4 đờng hầm dẫn nớc vào nhà máy thuỷ điện;
-Công trình nâng tàu( âu tàu) bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thuỷ điện.
2.Địa chất khu vực công trình
a) Nền tuyến đập:Nền sa thạch phân lớp, trên mặt có phủmột lớp đất thịt dày từ 3 đến 5m. Đá
gốc có độ phong hoá, nứt nẻ trung bình.
b)Tài liệu ép nớc thí nghiệm tại tuyến đập:
Độ sâu(m)
Độ mất nớc

10
0,05

15
0,03

20
0,01

c)Chỉ tiêu cơ lí của đá nền:
-Hệ số ma sát: f=0,65;
-Các đặc trng chống cắt : f0 = 0,63; c = 2kG/cm2
- Cờng độ chịu nén giới hạn : R = 1600 kG/cm2
3.Vật liệu xây dựng :Tại khu vực này đất thịt hiếm, cát và đá có trữ lợng lớn, khai thác ngay ở
hạ lu đập, chất lợng đảm bảo tiêu chuẩn dùng làm vật liệu bê tông ; gỗ, tre có trữ lợng lớn,tập
trung ở thợng lu.

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

1


Thiết kế đập bê tông trọng lực
4.Tài liệu thuỷ văn
Cao trình bùn cát lắng đọng (sau thời gian phục vụ của công trình)
Đầu đề
I
II
III
IV
Cao trình bùn cát(m)
40,0
138,0
240,0
337,0

3
0
- Chỉ tiêu cơ lí của bùn cát : n = 0,45 ; k = 1,15T/m ; bh = 11
- Lu lợng tháo lũ (Qtháo) và cột nớc siêu cao trên mực nớc dâng bình thờng(Ht) cho ở bảng
Tần suất P%
0,1
0,5
3
(Qtháo(m /s
1330
1230
Ht(m)
5,5
5,1
Đờng quan hệ Q~Z ở hạ lu tuyến đập

1,0
1190
4,8

1,5
1120
4,3

Q(m3/s)

Z(m)

300
500

700
900
1000
1100
1200
1550

133,4
134,4
135,2
135,8
136,2
136,4
136,6
137,5

2,0
1080
4,0

5.Tài liệu về thuỷ năng
- Trạm thuỷ điện có 4 tổ máy.
- Mực nớc dâng bình thờng (MNDBT), mực nớc chết (MNC), lu lọng qua một tổ máy(QTM)
Đề số
27

Đầu bài
II

MNDBT(m)

189,2

MNC(m)
145,5

(QTM(m3/s
111

6.Các tài liệu khác
- Tốc độ gió ứng với tần suất P(%)
Tần suất
2
3
5
20
V(m/s)
36
34
30
22
- Chiều dài truyền sóng D = 6km ( ứng với MNDBT)
D=6,5km( ứng với MNDGC)
-Khu vực xây dựng công trình coc động đất cấp 8.
- Đỉnh đập không có giao thông chính đi qua

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

2

30

20

50
18


Thiết kế đập bê tông trọng lực

B. THIếT Kế
phần I: mở đầu
I. Vị trí và nhiêm vụ công trình:
*Vị trí: Theo quy hoạch và trị thuỷ và khai thác sông C thấy rằng cần thiết phải xây dựng
một cụm công trình đầu mối thuỷ lợi tại vị trí X.
Với mục đích là: phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ du, điều tiết nớc phục vụ tới, cấp nớc sinh hoạtvà giao thông trong mùa kiệt.
Nh vậy việc xây đầu mối thuỷ lợi tại vị trí X là cần thiết và hợp lí trong quá trình phát
triển nền kinh tế quốc dân.
*Nhiệm vụ:Trên cơ sở đã khảo sát và định hớng chung về các mặt kinh tế , xã hội ... thì
khu đầu mối cần đảm bảo các nhiệm vụ sau :
+ Nhiệm vụ chính là phát điện. Trạm thuỷ điện có công suất N= 120.000kW
+ Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hởng mà công trình có thể phát huy là: 250.000
ha.
+ Tăng mực nớc và lu lựơng sông trong mùa kiệt để có thể tới cho 150.000 ha ruộng đất
và phục vụ giao thông thuỷ,tạo nguồn cấp nớc sinh hoạt cho 1.000.000 ngời.
II. Chọn tuyến đập , bố trí công trìng đầu mối:
I. Chọn tuyến đập:
Theo tài liệu khảo sát về địa hình và địa chất ta thấy rằng : tuyến đập xây dựng hợp lý là
tuyến I-I .Vì các điều kiện thuận lợi sau:
- Cao trình hai bên bờ lớn và đồng đều,dẫn đến giảm đợc khối lợng đắp.
- Vấn đề ổn định của đập đợc đảm bảo vì có nền đá gốc rắn chắc , lớp phủ trên thềm sông
mỏng.

- Dễ bố trí trạm thuỷ điện cũng nh đập tràn.
2. Chọn loại đập:
Theo tài liệu khảo sát địa chất , khu vực xây dựng tuyến đập là trên nền đá vì vậy có thể
chọn phơng án là làm đập bêtông trọng lực.
Hơn nữa làm đập bêtông trọng lực có thuận tiện hơn các loại đập khác nh đập đất, đập hỗn hợp
... là nguồn vật liệu cát đá lớn dễ khai thác .
Do những u điểm về mặt kĩ thuật cũng nh thi công hiên nay của đập bêtông hơn hẳn các
loại đập khác nên ta chọn loai đập bê tông trong trờng hợp này là hợp lí .
3. Bố trí tổng thể công trình đầu mối:
Công trình đầu mối bao gồm:
- Đập ngăn không tràn
- Đập tràn bố trí chính giữa đập để tiện cho việc dẫn dòng và tránh xói lở ở hai bên

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

3


Thiết kế đập bê tông trọng lực
bờ sông.
- Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lu,bên bờ trái của công trình
- Âu tàu:công trình nâng tầu đặt bên bờ trái, đặt cách xa nhà máy thuỷ điện.
III. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1.Cấp công trình:
Cấp công trình đợc xác định theo 2 điều kiến sau.
* Theo chiều cao đập và loại nền:
Sơ bộ định cao trình đỉnh đập :
đ = MNDGC + d = MNGBT + Ht + d
đ = 189,2 + 5,1 + 3 = 197,3 (m)
Chiều cao đập : Hđ =197,3 - 132 =65,3 (m).

Theo TCXDVN 285-2002 (Phụ lục 1-1) Công trình thuộc cấp II.
*Theo năng lực phục vụ của công trình (Phụ lục 1-2) Công trình thuộc cấp II :

Vậy công trình thuộc cấp II

2.Cấp chỉ tiêu thiết kế :
Theo TCXDVN 185-2002 , từ cấp công trình và loại đập ta xác định đợc :
- Tần xuất lu lợng và mực nớc lớn nhất tính toán : p =0.5 % (Phụ lục 1-3)
- Tần suất gió lớn nhất và bình quân gió lớn nhất
: p =2,0 % (Phụ lục 2-1)
- Hệ số vợt tải
:
- Hệ số tin cậy
: k n =1.2 (Phụ lục 1-6 )
- Hệ số điều kiện làm việc
: m =1 ( phụ lục 1-5 )
- Độ vợt cao của đỉnh đập
: d =1,5 3,0 (m)
phần II : Tính toán mặt cắt đập
I. Mặt cắt cơ bản .
1. Dạng mặt cắt:
Do đặc điểm chịu lực , mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực có dạng tam giác,
- Đỉnh mặt cắt cơ bản ở ngang MNGC :
MNGC =MNDBT +Ht
Ht : cột nớc siêu cao .
Với công trình cấp II ,có P %=0.5 tra bảng ta có Ht =5.1 (m)
MNDBT =189,2 (m)
MNDGC =194,3 (m)
Chiều cao mặt cắt đợc xác định theo công thức sau : H1 =MNDGC- đáy
đáy : Cao trình đáy đợc xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ,

đáy =132,0 (m)
- Chiều cao mặt cắt :
H1 = 62,3 (m)
- Chiều rộng đáy đập là B , trong đó hình chiếu của mái thợng là n.B , hình chiếu của mái
hạ là (1-n)B. Trị số n có thể chọn trớc theo kinh nghiệm n = (0ữ0.1) ,sơ bộ ta chọn n = 0 (mặt
thợng lu thẳng đứng)

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

4


Thiết kế đập bê tông trọng lực
Trị số B đợc xác định theo 2 điều kiện là ổn định và ứng suất
2. Xác định chiều rộng đáy đập:
a) Theo điều kiện ổn định :
B = KC

H1


f 1 + n 1
n


Trong đó:

1=0.50.

H1= 62,3 (m) : chiều cao mặt cắt .

f =0,65 : hệ số ma sát .
1 =2,4 (T / m) : dung trọng của đập.
n =1,0 (T / m ): dung trọng của nớc .
n=0.
1: hệ số cột nớc còn lại sau màng chống thấm.
1 : xác định theo mức độ xử lí nền ,việc tính chính xác giá trị 1 số
phải phụ thuộc vào việc tính toán và xử lý nền sau này , ở đây sơ bộ chọn

KC : hệ số an toàn ổn định cho phép .
Theo quan điểm tính toán ổn định trong các quy phạm mới ổn định của
công trình trên nền đợc bảo đảm khi

n C N tt

m
R
Kn

Trong đó : nc = 0,9 : hệ số tổ hợp tải trọng .
m = 1,0 : hệ số điều kiện làm việc .
Kn = 1,2: hệ số tin cậy
NH : lực tổng quát gây trợc
R,Ntt : lực chống trợc giới hạn và giá trị tính toán của lực tổng quát gây trựơt
Ta viết lại công thức trên nh sau:

R ncK n

N tt
m
so sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi :

ncKn
= 1,08
m
62,3
B = 1,08
= 54,50( m)
2,4

0,65
+ 0 0,5
1,0

KC =

b. Theo điều kiện ứng suất; chiều rộng đáy đập xác định theo công thức:

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

5


Thiết kế đập bê tông trọng lực
B=

H1
1
(1 n ) + n(2 n ) 1
n

Vậy chiều rộng đáy đập B = 54,5 (m)

Nh vây mặt cắt của đập cơ bản nh sau:

H1=62,3(m)

B = 54,5(m)
II: mặt cắt thực dụng đập không tràn:
1. Xác định cao trình đỉnh đập:
Đỉnh đập phần không tràn đợc xác định từ 2 điều kiện
đ1 =MNDBT + h + s + a
đ2 = MNDGC + h+ s + a

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

6

= 45,20( m)


Thiết kế đập bê tông trọng lực
a.Xác định đ1:
đ1 = MNDBT + h + s + a
a: độ vợt cao an toàn
s: độ dềnh cao nhất của sóng xác định với vận tốc gió tính toán lớn nhất
h: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất
Từ P = 2% v = 36 (m/s). Giả sử sóng nớc sâu. Sơ bộ giả sử thời gian gió thổi liên tục là
6 (h)
Tính các giá trị không thứ nguyên

gt 9,81.6.3600
= 5886
v =
36

3
gD = 9,81.6.10 = 45,417
v 2
(36 2 )

g
= 3,5
Phụlục ( 2 1)
v
g h = 0,065
v 2
Chọn cặp giá trị

g
= 1,25
v

g h = 0,013
v 2

và

g
= 1,25 = 4,587

g 2
v
=
= 32,850

2
g h = 0,013 h = 1,717
v 2

Vậy đây là sóng nớc sâu, giả thiết trên là đúng, kết qủa đợc chấp nhận
Chiều cao sóng với mức bảo đảm i%
h1% = K1%. h
Phụlục ( 2 2 )


K1% = 2

_

h1% = 2 * h = 3,434

Độ dềnh cao nhất của sóng : s = K s .h 1%
3 7 ) / 65
Hinh
(

K s = 1,13

s = 3,88

với


h
= 0,527; = 0,052
H


v2D
h = 2.10
cos S = 0,0255( m)
gH
6


đ1 = 189,2 + 0,0255 + 3,880 + 0,70 = 193,810 (m)
b. Xác định đ2 .
đ2 = MNDGC + h+ s + a
a: độ vợt cao an toàn
s: độ dềnh cao nhất của sóng xác dịnh với vận tốc gió tính toán lớn nhất
h,: độ dềnh do gió ứng với gió tính tóan lớn nhất

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

7


Thiết kế đập bê tông trọng lực
Từ P = 50% v = 18 (m/s). Giả sử sóng nớc sâu. Sơ bộ giả sử thời gian gió thổi liên tục là
6 (h)

Tính các giá trị không thứ nguyên

gt 9,81.6.3600
= 11772
v =
18

3
gD = 9,81.6,5.10 = 196,810
v 2
(182 )

g
g
= 4,1
= 1,94
v
v
Phụlục ( 2 1)

và

g h = 0,085
g h = 0,025
v 2
v 2
g
= 1,94 = 3,560
g2
v

=
= 19,787
Chọn cặp giá trị
2

g
h
= 0,025 h = 0,826
v 2

Vậy đây là sóng nớc sâu, giả thiết trên là đúng, kết qủa đợc chấp nhận
Chiều cao sóng với mức bảo đảm i%
h1% = K1%. h

( 22 )
h 1% = 1,652
Phụlục

K 1% = 2
Độ dềnh cao nhất của sóng s = K s .h 1%

h
3 7 ) / 65
Hinh
(

K s = 1,12
với = 0,318; = 0,042
H

s = 1,850

v 2 D'
h = 2.10
cos S = 0,007( m)
gH
6



đ2 = 192,2 + 0,007 + 1,850 + 0,50 = 194,557 (m)

Ta chọn đ = 195,00(m)

2 . bề rộng đỉnh đập:
Do yêu cầu xây dựng đập không có nhu cầu về giao thông lớn nên ta chọn bề rộng đỉnh đập
theo yêu cầu cấu tạo . ở đây chọn b = 6 (m)
2. Bố trí các lỗ khoét:
Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nớc thấm trong thân đập,và nền,kết hợp
để kiểm tra, sửa chữa; hành lang ở gần nền để sử dụng phụt vữa chống thấm. Kích thớc
hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vũa chọn theo yêu cầu thi công ;

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

8


Thiết kế đập bê tông trọng lực
Theo chiều cao đập bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia

15(m).Khoảng cách từ mặt thợng lu đến mép trớc của hành lang chon jtheo điều kiện chống
thấm: l1 = 3,2 (m)
III . mặt cắt thực dụng của đập tràn :
1 . mặt cắt đập tràn;
Chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không. Loại này có hệ số lu lợng tơng đối lớn ,
và có chế độ làm việc ổn định.
Cánh xây dựng mặt cắt đập nh sau :
- Đây là tràn tự động vì vậy cao trình của ngỡng tràn ta lấy ngang MNDBT.
- nt = 189,2 (m)
- Chọn hệ trục toạ độ (xOy) có: trục Ox ngang cao trình ngỡng tràn, hớng về hạ lu,
trục Oy thì hớng xuống dới, gốc O ở mép thợng lu đập và ngang cao trình ngỡng tràn.
- Vẽ đờng cong theo toạ độ Côgizơ-Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn xOy

Trong đó:

x = x.H tk

y = y.H tk

Htk = 5,1 (m)
x, y : là các giá trị đợc tra trong bảng (14-2)/Bảng tính thuỷ lực
- Kết quả tính cụ thể đợc thể hiện trong bảng sau
bảng toa độ mặt cắt

STT

x

x

y

y

1

0

0

0.126

0.6426

2

0.1

0.51

0.036

0.1836

3

0.2

1.02

0.007

0.0357

4

0.3

1.53

0

0

5

0.4

2.04

0.007

0.0357

6

0.6

3.06

0.06

0.306

7

0.8

4.08

0.147

0.7497

8

1

5.1

0.256

1.3056

9

1.2

6.12

0.393

2.0043

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

9


Thiết kế đập bê tông trọng lực
10

1.4

7.14

0.565

2.8815

11

1.7

8.67

0.873

4.4523

12

2

10.2

1.235

6.2985

13

2.5

12.75

1.96

9.996

14

3

15.3

2.824

14.402

15

3.5

17.85

3.818

19.472

16

4

20.4

4.93

25.143

17

4.5

22.95

6.22

31.722

- Tịnh tiến đờng cong đó theo phơng ngang về phía hạ lu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lu
của mặt cắt cơ bản tại điểm D
- Mặt cắt hạ lu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R :
Chọn : R = 0.4 ( P+ Ht)
Trong đó :
P : Chiều cao đập
Ht: Cột nớc trên đỉnh tràn
P = 57,2 (m)
Ht = 5,1 (m)
R = 24,92 (m)
2. Trụ pin và cầu giao thông:
Đỉnh đập không có đờng giao thông chính đi qua, nhng để đi lại kiểm tra và khai thác công
trình, vẫn phải làm cầu giao thông đi qua đập tràn, trờng hợp bề rộng tràn quá lớn, cần phải
làm các trụ pin để đỡ cầu. Mặt trụ thợng hạ lu cần đảm bảo điều kiện để chảy bao hợp lí.
a) Trụ pin :
ở đây sơ bộ chọn đập tràn có 4 khoang
Trụ bin giữa có mố lợn tròn, mỗi trụ pin có bề rộng là: bt = 1,0 (m)
Mố bên cũng lợn tròn
Kích thớc mố trụ pin sẽ phụ thuộc bề rộng tràn và kết cấu cầu .
b)Cầu giao thông :
Cao trình cầu giao thông chọn ngang cao trình của đỉnh đập không tràn
cầu = 194,557 (m)
Để thuận tiện cho giao thông mùa kiệt , ta chọn bề rộng cầu Bcầu = 6 (m)
Chiều dài cầu sẽ phụ thuộc bề rộng khoang tràn và kết cấu cầu.
Phần III : tính toán màng chống thấm .
I- Mục đích.

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

10

Thiết kế đập bê tông trọng lực
-

xác định các thông số cần thiết của màn chông thấm (chiều sâu, chiều dày,vị trí đặt)
để đảm bảo đợc yêu cầu chống thấm đề ra ( hạn chế lợng mất nớc, giảm nhỏ áp lực
thấm lên đáy đập)

II- các thông số :
1. chiều sâu phụt vữa S1:
- Chiều sâu phụt vữa S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo quy
phạm của Liên Xô CH 123-60, chiều sâu sử lý chống thấm xác định nh sau:
+ Khi 25m < H < 75m , Chống thấm với chiều sau tơng ứng 0,03 l / phút.
+ Từ tài liệu ép nớc thí nghiệm đac cho, ta xác định đợc chiều sâu màn chống thấm cần thiết
là: S1= 15m.
3. Chiều dày màn chống thấm :
Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn:

=
Trong đó:

H
[ J]

.H: cột nớc tổn thất qua màn.
=1- 1 =1- 0,50 =0,50.
H = 62,557 (m)
. H =31,280 (m) .
[ J ] =15: gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn; (Theo quy phạm

của Liên Xô cũ CH 123-60)
2,085
Chọn chiều dày màng chống thấm là = 2,1 (m)

4. Vị trí màng chống thấm :
Vị trí màng chống thấm càng bố trí gần mặt thợng lu đập càng tốt. Nhng để chống thấm
cho thành phía trớc của hành lang phụt vữa ta cần khống chế

l1

H1
Jb

Trong đó: H1: Cột nớc lớn nhất tính đến đáy hành lang?
Jb = 20 : Giadien thấm cho phép của bêtông
l1= 3,128
lấy l1= 3,2 (m)
III- Kiểm tra trị số 1 :
Trong thiết kế sơ bộ, có thể sơ bộ theo phơng pháp của Pavơlôpxki, theo đó :

1 =

p2
p1

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

11

Thiết kế đập bê tông trọng lực
Với :

p1 = n ì H

2


x
n
1

p 2 = arccos
1 + b


S1
a

2


x
1
1

1 = arccos
1 + b
Từ đó:

S1
a

2,1
Trong đó: x = =
= 1,05
2 2
2
2
L1
L2
1
a=
1 + + 1 + = 4,452
2
S1
S 1

2
2
L2
L2
1
b=
1 + 1 + = 2,406
2
S1
S 2

1 = 0,5 ( Phù hợp với giả thiết ở trên)
phần IV: tính toán thuỷ lực đập tràn

I. Tính toán khẩu diện
1. Công thức chung:
- Từ tài liệu đã cho:

ngỡng tràn = MNDBT =189,2 (m)
Ht
= 5,1 (m)
max
Q th á o = 1230 (m3/s)

- Đập tràn không có cửa van , công thức chung tính lu lợng qua tràn:
Qt = .n.m.(b) 2g H03/2 (1)
Trong đó:
Qt: lu lợng tháo qua tràn
: hệ số co hẹp bên
n: hệ số chảy ngập; ( trong trờng hợp này n = 1)
m : hệ số lu lợng
b: tổng chiều dài tràn nớc
H0: cột nớc trên đỉnh tràn
2.Xác định các thông số
a) Trờng hợp sử dụng cả các tổ máy thuỷ điện để tháo lũ. Lu lợng tháo qua tràn :

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

12

Thiết kế đập bê tông trọng lực
max
Qt = Q th á o - t Q0

ở đây:
3
Q max
tahó =1230 (m /s): lu lợng tháo lũ lớn nhất

Q0 = 4.111 = 444(m3/s) : lu lợng tháo lớn nhất của 4 tổ máy thuỷ điện
t = 0.8 : hệ số lợi dụng
Qt = 1230 0.8.444 = 874,8 (m3/s)
b) Hệ số lu lợng của đập tràn:
m = H.hd.mtc
Trong đó: m tc = 0,504 : Hệ số lu lợngcủa đập tràn tiêu chuẩn loại 1
H = 1: Hệ số sửa chữa thay đổi cột nớc:
hd = 0,974: Hệ số sửa chữa hình dạng :
Với: = 450
= 600
m = 1.0,974.0,504 = 0,491
c) Hệ số co hẹp:
- Hệ số co hẹp bên phụ thuộc số khoang và dạng mố , xác định theo công thức:

= 1 0,2

mb + ( n 1) mt H 0
.
n
b

(2)

- Vì diện tích mặt hồ thợng lu rất lớn nên bỏ qua thành phần lu tốc tới gần :
v0 = 0 H 0 = H = 5.1 m
- Chọn mố trụ và mố bên lợn tròn: mb = 0.7 ; nt = 0.45
- Chọn số khoang tràn: n = 4

Q
= 8,731 (m)
mn 2gH 30 / 2
+ ( n 1) mt
Từ công thức (2), ta có : b = b + 0,2 mb
H 0 = 9,254(m)
n
Từ công thức (1), ta có: b =

= 0,943
- Vậy chọn tràn gồm 4 khoang bề rộng mỗi khoang b = 9,30 (m)
- Bề rộng của phần đập tràn là : B = 4b + 3bt = 40,2 (m)
II. Tính toán tiêu năng

1. Hình thức tiêu năng
- Do mức nớc hạ lu thay đổi lớn nên hình thức tiêu năng mặt không thích hợp. Trờng hợp
nền đá nếu đào bể quá sâu thì không có lợi; xây tờng quá cao cũng không kinh tế vì phải xử lí
nớc nhảy ở sau tờng. Hợp lí nhất nên xét làm bể-tờng kết hợp
2. Tính toán cho hình thức tiêu năng đáy
a. Xác định lu lợng tính toán tiêu năng:
- Giả thiết cột nớc tràn từ ( H = 0 ữHmax), tính lu lợng bằng công thức:

Q t = n m(b) 2gH 30 / 2
- Với cột nớc và lu lợng đó, tính độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp hC

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

13


Thiết kế đập bê tông trọng lực
- Độ sâu hạ lu tìm đợc từ quan hệ Q ~ Zhạvới lu lợng xả: Q = Qt + tQo
''
- Lu lợng tính toán tiêu năng là trị số Qt nào ứng với ( h c h h ) max
- Cụ thể tính toán đợc trình bày trong bảng sau:

Bảng tính lu lợng tính toán tiêu năng
Hgt

Qt

Qxả

Zhl

E0

F(c

0

0

355.2

133.676

57.2

133.772

c"

hc"

hc"-hh

0

0

-1.676

57.6

0.00122

0

-1.772

58

0.00342

0

-1.949

0.4

19.299 374.4989

0.8

54.585 409.7854 133.9489

1.2

100.28 455.4798

134.177

58.4

0.00621

0.066

3.8544

1.6774

1.6

154.39 509.5909

134.438

58.8

0.00946 0.0817

4.801

2.363

215.77 570.9679 134.6838

59.2

0.01309 0.0963

5.701

3.0172

2.4

283.63 638.8342

134.955

59.6

0.01704 0.1094 6.5202

3.5652

2.8

357.42

135.2378

60

0.02126

0.122

7.32

4.0822

3.2

436.68 791.8835 135.4756

60.4

0.02571

0.175

10.567

7.0919

3.6

521.07 876.2694 135.7288

60.8

0.03038 0.1453 8.8371

5.1083

4

610.28 965.4837 136.0619

61.2

0.03523

0.156

9.5472

5.4853

4.4

704.08 1059.278 136.3185

61.6

0.04025

0.174

10.718

6.3999

4.8

802.24 1157.439 136.5148

62

0.04542 0.1765 10.943

6.4282

5.1

878.61 1233.812 136.4905

62.3

0.04939

6.9727

2

712.62

Ta thấy rằng
- Vậy :

0.184

11.463

Max[ h "c h h ] = 7,0919

QTN = 436,680 (m3/s)

b. Tính toán kích thớc tờng và bể tiêu năng
*. Tính chiều cao tờng lớn nhất :

q2
hk = 3
= 2,291(m)
g
hh = 3,4756 (m)
q =10,863 (m2/s)
t = 0,95

b = 0,9
- Chiều cao tờng lớn nhất CO là chiều cao tờng để sau nó có nớc nhảy tại chỗ,

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

14


Thiết kế đập bê tông trọng lực
3


hk
hh

hC1 = 1 + 8 1 = 1,415(m)
2

hh



q2
E 01 = h c1 + 2 2
= 4,743(m)
t .h c1 .2g
- Mặt khác:

E01 = C0 + H01 = 4,743 (m)

- Trong đó:

q

H 01 =

m
2
g
t


2/3

= 3,243(m)

- Suy ra :
C0 = 4,743 3,243 = 1,5 (m)
Do yêu cầu cấu tạo, chọn: Co = 1,5 (m)

Chiều cao của tờng là C = 1,5 (m)
*. Tính chiều sâu đào bể d

d = h "c H 1 C

(3)

- Trong (3): = 1,05
C = 1,5
Vì H1và hc đều phụ thuộc vào d nên ta phải tính đúng dần

'
+ Giả thiết d = 3.98 (m), thì E 0 = E 0 + d = 64,380

q
ả ngtra (15 1) BTTL
= 0.0234 B

"c = 0.1278 h "c = 8,228(m)
' 3/ 2
d (E 0 )
v 2b
= 3,1624(m)
Mặt khác: H 1 = H 01
2g
F( c ) =

- Thay các giá trị tìm đợc vào (3) : d = 3,9773 (m).
- Vậy giả thiết của ta là đúng.

Chiều sâu đào bể là d = 4.0 (m)
3. Tính chiều dài bể:
Lb = 3,6 . hc" = 29,621(m)

Phần V. Tính toán ổn định đập
I. Mục đích
- Kiểm tra các ổn định trợt, lật cho các mặt cắt đập không tràn và đập tràn.
- Trong đồ án này, chúng ta tính ổn định trợt cho phần đập không tràn (kiểm tra cho mặt cắt
có chiều cao lớn nhất ).
II. các trờng hợp tính toán.
Chúng ta cần kiểm tra các trờng hợp làm việc khác nhau của đập:

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

15


Thiết kế đập bê tông trọng lực
1 - ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thoát nớc làm việc bình thờng(tổ hợp cơ
bản).
2 - ứng với MNDBT, có động đất (đặc biệt)
3 - ứng với MNDGC (đặc biệt)
4 - ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thoát nớc làm việc không bình thờng;
+ Trong phạm vi đồ án này ta chỉ kiểm tra với các trờng hợp 2 - 3.
III. Kiểm tra ổn định cho các trờng hợp
1. Trờng hợp MNDBT, có động đất.
a. Xác định các lực tác dụng lên đập.

+189,2

W1

+138
W2

+132

G

Wth
1 2

h = 16359,2( kN )
2
1
- áp lực bùn cát :W2 = bc h 2bc K a = 140,663( kN )
2
1
- Trọng lợng bản thân: G = bt Bh = 37408,88( kN )
2
1
- áp lực thấm đẩy ngợc:Wth= 1 hB = 7793,5( kN )
2
- áp lực thuỷ tĩnh :W1 =

- áp lực do sóng gây ra:

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

16


Thiết kế đập bê tông trọng lực
+ Trị số áp lực sóng lớn nhất: WS = K d h 1% ( h +

h 1%
) = 303,482( kN )
2

othi ( 2 4 C )
Đ
K d = 0,15

h2
h h h2
+ Mômen lớn nhất : M max = K m h 1% ( 1% + 1% + ) = 11923,520( kNm)
6
2
2
( 24 d )
Dothi

K m = 0,2

- Lực quán tính động đất: (Chọn chiều của lực động đất là chiều từ TL về HL)

Fd = KG = 0,05.1,5.55186,56 = 4138,992( kN )
1
- áp lực nớc tăng thêm : W1' = Kh 2 = 817,96( kN )
2
'
- áp lực bùn cát tăng thêm : W2 = 2 K.tgW2 = 2,734( kN )
b) Kiểm tra sự an toàn về trợt phẳng, theo công thức:

K=

Gf0 + BC
KC
P

Trong đó: P = 21763,031 (kN)- tổng các lực gây trợt chủ động;
G = 29615,380 (kN) -Tổng hợp lực tác dụng theo phơng vuông góc với mặt
trợt kể cả lực đẩy nổi

f0 = 0,63 ; C = 2(kG/cm2)
B = 54,5 (m) Bề rộng mặt trợt.
K = 0,86 > Kc
2.Trờng hợp MNDGC
a. Xác định các lực tác dụng lên đập.

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

17


Thiết kế đập bê tông trọng lực

+194,3

W1

+138
W2

+132

G

Wth
1 2
h = 19406,45( kN )
2
1
- áp lực bùn cát :W2 = bc h 2bc K a = 140,663( kN )

2
1
- Trọng lợng bản thân: G = bt Bh = 40744,2( kN )
2
1
- áp lực thấm đẩy ngợc:Wth= 1 hB = 8488,375( kN )
2
- áp lực thuỷ tĩnh :W1 =

- áp lực do sóng gây ra:

+ Trị số áp lực sóng lớn nhất: WS = K d h 1% ( h +

h 1%
) = 104,284( kN )
2

othi ( 2 4 C )
Đ
K d = 0,10
h 12% h 1% h h 2
+ Mômen lớn nhất : M max = K m h 1% (
+
+ ) = 1992,560( kNm)
6
2
2
( 24 d )
Dothi

K m = 0,15

b) Kiểm tra sự an toàn về trợt phẳng, theo công thức:

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

18


Thiết kế đập bê tông trọng lực
K=

Gf0 + BC
KC
P

Trong đó: P = 19651,397 (kN) - tổng các lực gây trợt chủ động;
G = 32255,825 (kN)-Tổng hợp lực tác dụng theo phơng vuông góc với mặt
trợt kể cả lực đẩy nổi
f0 = 0,63 ; C = 2(kG/cm2)
B = 54,5 (m) Bề rộng mặt trợt.
K = 1,040 > Kc

- Đập ổn định về trợt

Phần VI. Tính ứng suất thân đập
I. Mục đích.
- Xác định các đặc trng phân bố ứng suất trong thân đập (các đờng đẳng ứng suất, quỹ
đạo ứng suất N1, N2,T) để sử dụng cho việc phân vùng vật liệu, bố trí khe thi công, phân tích
ứng suất lỗ khoét

II. Các trờng hợp tính toán
Cần phân tích ứng suất với các tờng hợp làm việc khác nhau của đập
- Trong đồ án này tính cho trờng hợp ứng với MNDGC. Tính cho mặt cắt đập không tràn
III.Phân tích ứng suất cho mặt cắt đã chọn
Sử dụng phơng pháp phân tích trọng lực. Trình tự nh sau:
1. Chia lới: Chia mặt cắt đập ra các phần bởi 1 lới vuông kích thớc mắt cỡ 10 x 10 m
2. Tính toán ngoại lực tác dụng lên đập: ứng với các mặt cắt nằm ngang khác nhau ( chỉ tính
các lực tác dụng lên đập ở phần bên trên mặt cắt đang xét). Các lực cần tổng hợp là G- tổng
lực thăng đứng; P- tổng lực nằm ngang; M0- tổng mômen đối với tâm mặt cắt.
3.Tính ứng suất biên trên từng mặt cắt:
a) ứng suất pháp

y =
b) ứng suất tiếp
- Biên thợng lu:
- Biên hạ lu:

G 6 M 0

B
B2

' = ( n y 'y ) tg 1
" = "y tg 2

c) ứng suất pháp x
- Biên thợng lu:

'x = n y ( n y 'y )tg 2 1

'x' = 'y' tg 2 2
- Biên hạ lu:
d) Tính ứng suất chính
N '2 = n y
- Biên thợng lu:
SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

19


Thiết kế đập bê tông trọng lực
N =
'
1

N =
''
1

e) ứng suất cắt chính :

- Biên hạ lu:

cos 1
2

n ytg 2 1 .

N '2' = 0

- Biên hạ lu:

- Biên thợng lu :

'y

'y'
cos 2 2

N 1' N '2
T
2
N '2'
''
T =
2
'

4) Tính toán các thành phần ứng suất trong mặt cắt:
Chọn trục x hớng từ hạ lu về thợng lu từng mặt cắt
a) ứng suất pháp y trên mặt cắt nằm ngang

'y' 'y'
x
y = +

B


''

y

b) ứng suất cắt trên mặt cắt ngang
= a1 + b1x + c1x2

a 1 = ''

Trong đó :

b1 =

1 6 P

+ 2 ' + 4 ''

B B


c1 =

1 6 P

+ 3 ' + 3 ' '
2
B B


c) ứng suất pháp x trên mặt nằm ngang ( coi x gần đúng là biến đổi tuyến tính theo x )

'x 'x'

x = +
x
B
''
x

d) ứng suất chính: Tính theo sức bền vật liệu:

N 1, 2 =

x + y
2

y
x
2

2


+ 2


2

y
+ 2
T = x
2
- Phơng của N1(N1> N2) làm với trục x ( khi x>y ) một góc 1 có:

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

20


Thiết kế đập bê tông trọng lực
tg1 =

(

x

y )

(

y ) + 4 2
2

x

2

(Với quy ớc góc 1 dơng nếu quay từ trục gốc đến phơng của N1 theo chiều thuận kim đồng
hồ )Cụ thể chia mặt cắt và tính ứng suất đợc trình bày dới đây

30

29

28

27

25

24

23

22

21

20

18

17

16

15

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

26

19

21

14

1

Thiết kế đập bê tông trọng lực

Kết luận

Trong Đồ án thiết kế đập bê tông trọng lực, em đã hoàn thành đợc các nội dung sau:
1. Tính toán mặt cắt đập.
2. Tính toán màn chống thấm.
3. Tính toán thủy lực đập tràn.
4. Tính toán ổn định của đập.
5. Phân tích ứng suất thân đập
6. Thiết kế các cấu tạo chi tiết.
Do thời gian ngắn với trình độ còn hạn chế nên trong đồ án này em không tránh khỏi
những thiếu sót và nhầm lẫn. Em kính mong nhận đợc sự thông cảm và chỉ dẫn của các
thầy cô trong bộ môn để em có thể hoàn thành tốt hơn.
Em xin cảm ơn thầy giáo Nguyễn cảnh Thái và cô giáo Lơng Thị Thanh Hơng đã hớng
dẫn em .Và xin cảm ơn Bộ môn Thủy công đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án
này.
Hà Nội ,Ngày 01 tháng 04 năm 2005.
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Hà Tuyên.

SVTH:Nguyễn Hà Tuyên

22