thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

mục lục
Chương 1: Tài liệu thiết kế ............................................................................... 3
1.1
Tài liệu cho trước : ............................................................................................3
1.1.1
Nhiệm vụ công trình : .......................................................................................3
1.1.2
Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối .............................................................3
1.1.3
Tóm tắt một số tài liệu cơ bản...........................................................................3
1.2
Nội dung thiết kế...............................................................................................4
1.2.1
Đập đất ..............................................................................................................4
1.2.2
Cống ngầm ........................................................................................................5
Chương 2: thiết kế đập đất ................................................................................ 5
2.1
Những vấn đề chung .........................................................................................5
2.1.1
Nhiệm vụ công trình : .......................................................................................5
2.1.2
Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối. ............................................................5
2.1.3
Chọn tuyến đập. ................................................................................................5
2.1.4
Chọn loại đập. ...................................................................................................5
2.1.5
Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế : ...........................................................6

2.2
Các kích thước cơ bản của đập đất ....................................................................7
2.2.1
Tính toán xác định cao trình đỉnh đập. .............................................................7
2.2.2
Bề rộng đỉnh đập : ..........................................................................................10
2.2.3
Mái đập và cơ đập ...........................................................................................10
2.2.4
Thiết bị chống thấm : ......................................................................................11
2.2.5
Thiết bị thoát nước thân đập : .........................................................................11
2.3
Tính toán thấm qua đập và nền .......................................................................12
2.3.1
Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán : ..........................................................12
2.3.2
Tính thấm cho mặt cắt lòng sông ....................................................................12
2.3.3
Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi ......................................................................15
2.4
Tính toán ổn định mái đập ..............................................................................17
2.4.1
Trường hợp tính toán :.....................................................................................17
2.4.2
Tài liệu tính toán .............................................................................................17
2.4.3
Phương pháp tính toán ....................................................................................18
2.4.4
Đánh giá sự hợp lý của mái.............................................................................20

2.5
Cấu tạo chi tiết ................................................................................................20
2.5.1
Đỉnh đập ..........................................................................................................20
2.5.2
Bảo vệ mái đập ................................................................................................20
2.5.3
Nối tiếp đập với nền và bờ : ............................................................................21
Chương 3: thiết kế cống ngầm ..................................................................... 21
3.1
Những vấn đề chung. ......................................................................................21
3.1.1
Nhiệm vụ cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế ............................................21
3.1.2
Chọn tuyến và hình thức cống ........................................................................22
3.2
Thiết kế kênh hạ lưu cống ...............................................................................22
3.2.1
Thiết kế mặt cắt kênh ......................................................................................22
3.3
Tính khẩu diện cống .......................................................................................25
3.3.1
Trường hợp tính toán : Cống ngầm được phân làm 2 đoạn :...........................25
3.3.2
Tính bề rộng cống bc .......................................................................................25
3.3.3
Tính chiều cao cống và cao trình đặt cống .....................................................28
3.4
Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng ..............................................29
3.4.1

Trường hợp tính toán .......................................................................................29
3.4.2
Xác định độ mở cống a : .................................................................................29
Sinh viên thực hiện :

Trang 1


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

3.4.3
3.4.4
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.6
3.6.1
3.6.2
3.6.3

Kiểm tra dòng chảy trong cống : ....................................................................30
Tính toán tiêu năng .........................................................................................32
Chọn cấu tạo cống ...........................................................................................33
Cửa vào, cửa ra ................................................................................................33
Thân cống........................................................................................................33
Tháp van ..........................................................................................................33
Tính toán kết cấu cống ....................................................................................34
Mục đích tính toán ..........................................................................................34
Trường hợp tính toán :.....................................................................................34

Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống : Tính cho 1m dài. .................34
..................o0o.................

Sinh viên thực hiện :

Trang 2


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Chương 1:
1.1

Tài liệu thiết kế

Tài liệu cho trước :

1.1.1 Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứa H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau :
1) Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác.
2) Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.
3) Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.
1.1.2 Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối
1) Một đập chính ngăn sông.
2) Một đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác.
3) Một cống đặt dưới đập để lấy nước tưới.
1.1.3 Tóm tắt một số tài liệu cơ bản.
1.1.3.1 Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập.
1.1.3.2 Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập. Chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích
lòng sông cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp

phong hoá dày 0.51m.
1.1.3.3 Vật liệu xây dựng :


Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A(trữ lượng 800.000m3, Cự ly 800m);
B(trữ lượng 600.000m3, Cự ly 600m); C(trữ lượng 1000.000m3, Cự ly 1Km);Chất đất
thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1. Điều kiện
khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4 km trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm.



Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8 km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp
đập, lát mái.Một số chỉ tiêu cơ lý : =320 ; n=0.35 ; k=2.5T/m3.(của hòn đá).



Cát sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3 km, trữ lượng đủ làm tầng lọc.
Cấp phối như bảng 2
Bảng 1 - 1: Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập.
C(T/m2)

Chỉ tiêu
Loại

Hệ số
rỗng
n

Độ ẩm

W(%)

ẩm

bão hoà

ẩm

Đất đắp đập
(chế bị)

0.35

20

23

20

Sét(chế bị)

0.42

22

17

Cát

0.40

18

Đất nền

0.39

24

Sinh viên thực hiện :

bão hoà

k
(T/m3)

K
(m/s)

3.0

2.4

1.62

10-5

13

5.0

3.0

1.58

4x10-9

30

27

0

0

1.6

10-4

26

22

1.0

0.7

1.59

10-6

(độ)

Trang 3


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Bảng 1 - 2 : Cấp phối của các vật liệu đắp đập
d(mm)
Loại

d10

d50

d60

Đất thịt pha cát

0.005

0.05

0.08

Cát

0.05

0.35

0.40

Sỏi

0.5

3.00

5.00

1.1.3.4 Đặc trưng hồ chứa.
Bảng 1 - 3 : Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu :
Đặc trưng hồ chứa
Đề
số

Sơ
đồ

(1)
50

QCống (m3/s)

MN hạ lưu(m)

Max Khi MNC
Khi

(Qtk)
MNDBT

Mực
nước

D
(km)

MNC
(m)

MNDBT
(m)

Bình
thường

Đầu
kênh

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

A

3.0

10.2

30.2

9

7.2

8.8

3.2

9.90

Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax= 3m.

Các vận tốc gió tính toán :
Bảng 1- 4 : Vận tốc gió 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 (Lấy ở bảng 3) ;ứng với MNDGC :
D = D + 0.3km.

Đỉnh đập không có đường giao thông chạy qua.
1.1.3.5 Tài liệu thiết kế cống.


Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT và MNC (QTK) : bảng 3.



Mực nước khống chế đầu kênh cấp dưới : bảng 3.



Tài liệu về kênh chính : m =1.5 ; n=0.025 ; i= (35) x 10-3.

1.2

Nội dung thiết kế

1.2.1 Đập đất
1.2.1.1 Thuyết minh


Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập.

Xác định các kích thước cơ bản của đập đất.



Tính toán thấm và ổn định.



Chọn cấu tạo chi tiết.

Sinh viên thực hiện :

Trang 4


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

1.2.1.2 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.

1.2.2 Cống ngầm
1.2.2.1 Thuyết minh


Phân tích chọn loại cống và vị trí đặt cống.



Tính toán thuỷ lực xác định các kích thước cơ bản của cống.

Phân tích lực để tính kêt cấu thân cống.
1.2.2.2 Bản vẽ


Cắt dọc, cắt ngang cống.



Mặt bằng.



Chính diện thượng, hạ lưu.

Các cấu tạo chi tiết.
Chương 2:

2.1

thiết kế đập đất

Những vấn đề chung

2.1.1 Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau :


Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác.



Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.



Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ cho du lịch.

2.1.2 Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối.


Một đập chính ngăn sông.

Một đường tràn tháo lũ.



Một cống đặt dưới đập để lấy nước.

2.1.3 Chọn tuyến đập.
Dựa vào bình đồ khu đầu mối, ta thấy việc chọn tuyến đập (A - A) hợp lý là :
Tuyến đập được chọn ở nơi thung lũng có hình thế hẹp, địa chất tốt, vật liệu
xây dựng đập dễ khai thác và ở gần vùng cần nước tưới.
2.1.4


Chọn loại đập.
Căn cứ vào điều kiện địa hình : Theo bình đồ vùng tuyến (sơ đồ A) đập chính : mặt
đất ở thượng lưu - hạ lưu có độ dốc đều thay đổi từ 5m 50m vùng thấp nhất 5m ,
tuyến được nối bởi 2 ngọn đồi có 50m. Tuyến đã được chọn ở vị trí có hình thế hẹp.

Sinh viên thực hiện :

Trang 5


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Căn cứ vào điều kiện địa chất : Tuyến công trình nằm trên tầng đá gốc rắn chắc mức
độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0.5 - 1m.

Căn cứ vào điều kiện vật liệu xây dựng :





Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3, Cự
ly 800m); B(trữ lượng 600.000m3, Cự ly 600m); C(trữ lượng 1000.000m3,
Cự ly 1Km); Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh các
chỉ tiêu như ở bảng 1. Điều kiện khai thác dễ.



Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4 km trữ lượng đủ để làm thiết bị
chống thấm.



Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8 km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm
bảo đắp đập, lát mái.Một số chỉ tiêu cơ lý : = 320 ; n = 0.35 ; k = 2.5T/m3.
(của hòn đá).



Cát sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3 km, trữ lượng đủ
làm tầng lọc.

Từ các căn cứ điều kiện địa hình, địa chất, điều kiện vật liệu xây dựng ta thấy việc
chọn phương án xây dựng đập đất có các ưu điểm sau đây :
Tận dụng được vật liệu địa phương, giá thành công trình rẻ hơn là xây dựng đập
bê tông trọng lực. Đập đất có cấu tạo đơn giản, bền, chống chấn động tốt, dễ
quản lý, tôn cao, đắp dày thêm, có thể đắp đập trên mọi loại nền. Điều kiện thi
công rộng mở hơn so với đập bê tông. Từ các phân tích trên đây ta chọn phương
án : Đập đất.

2.1.5 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế :
2.1.5.1 Cấp công trình :Xác định theo TCXDVN 285-2002 theo 2 điều kiện sau :


Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ. Tức là theo nhiệm vụ công trình và
vai trò công trình trong hệ thống. Tra bảng 2.1 Trang 3 TCXDVN 285 - 2002. Hồ chứa
nước H có nhiệm vụ tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác. Như vậy công trình H trên
sông S thuộc công trình cấp V.(< 2 0.2 x 103ha).



Cấp thiết kế của công trình theo đặc tính kỹ thuật của các hạng mục công trình thuỷ.
(Loại công trình thuỷ, loại đất nền). Tra bảng 2.2 Trang 5 TCXDVN 285-2002 : Xác
định chiều cao đập như sau :
Hđập = Đỉnh đập - Đáy suối.

(2.1-1)

Trong đó :
Đỉnh đập : Cao trình đỉnh đập sơ bộ được xác định
Đỉnh đập = MNDGC + d = MNDBT + Hmax+ d
d : là chiều cao an toàn lấy bằng : 3m.

Tacó : Đỉnh đập = 30.2 + 3 + 3 = 36.2m.
Đáy suối : Cao trình đáy suối được tính bằng cao trình mặt nền thấp nhất sau khi
dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) Theo mặt cắt địa chất tuyến
đập sơ đồ A chiều cao bóc móng tại đáy suối là 4.5m.
Sinh viên thực hiện :

Trang 6


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Như vậy ta có Đáy suối = -3.00m.
Thay số vào (2.1-1) ta được : Hđập= 36.2 - (-3) = 39.2 m.
Đập vật liệu bằng đất, nền là đá thuộc nhóm A : Tra bảng được cấp công trình là
cấp III. Như vậy cấp công trình là cấp III.
2.1.5.2 Các chỉ tiêu thiết kế : Từ cấp công trình là cấp III


Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất : P = 1% (Theo bảng P1-3 Đồ án môn học
Thuỷ Công Trang 133).



Hệ số tin cậy : Kn=1.15 (Theo bảng P1-6 ĐAMH Thuỷ Công Trang 134).



Tần suất lưu lượng, mực nước đảm bảo tưới P = 75%.

Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất dẫn dòng thi công : P = 10%.



Tần suất gió lớn nhất P = 4%. ứng với MNDBT tốc độ gió tính toán được tính theo tần
suất.



Đập cấp III tần suất gió tính toán P = 4% theo hướng gió bất lợi nhất mà thuỷ văn cung
cấp. Trong đồ án này theo tài liệu thuỷ văn lấy V = 28m/s.



ứng với MNDGC tốc độ gió tính toán lấy bằng tốc độ gió bình quân lớn nhất nhiều
năm không kể hướng. Trong đồ án này lấy V = 12m/s ứng với tần suất P = 50%



Độ vượt cao an toàn của đỉnh đập trên đỉnh sóng. (Theo QPVN 11-77 Trang18 bảng
3.2)



2.2



MNDBT : a = 0.5m.

MNDGC : a = 0.4m.

Hệ số an toàn ổn định của mái đập (Theo QPVN 11-77)


Tổ hợp tải trọng cơ bản Kc =1.2



Tổ hợp tải trọng đặc biệt Kc =1.1

Các kích thước cơ bản của đập đất

2.2.1 Tính toán xác định cao trình đỉnh đập.
(Tính theo hướng gió bất lợi nhất).
2.2.1.1 Công thức và kết quả tính toán :
1) Cao trình đỉnh đập được xác định theo công thức :
Được xác định từ hai mực nước MNDBT và MNDGC :
Đỉnh đập (1) = MNDBT + h + hsl + a
Đỉnh đập (2) = MNDGC + h + hsl + a

(2.2-1)
(2.2-2)

Trong đó :

h và h: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.



hsl và hsl: chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và
gió bình quân lớn nhất.



a, a: Độ vượt cao an toàn.
Từ (2.2-1) và (2.2-2) chọn kết quả cao nhất để xác định cao trình đỉnh đập.

Sinh viên thực hiện :

Trang 7


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

2) Xác định độ dềnh mực nước do gió h :
V2D
cos (m)
gH 1

h 2.10 6

(2.2-3)

2

'

h 2.10

6

V ' D'
cos
gH 2

(m)

(2.2-4)

Trong đó :


V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất

V = 32 (m/s) .



V : Vận tốc gió bình quân lớn nhất

V= 12 (m/s) .



D : Đà sóng ứng với MNDBT

D = 3.0 (km) = 3000 (m) .



D : Đà sóng ứng với MNDGC

D= D + 0.3 = 3.3 (km) = 3300(m) .



g : Gia tốc trọng trường

g = 9.81 (m/s2) .



H, H : Chiều sâu nước trước đập
H = 30.2 5.0 = 25.2(m) với MNDBT
H = 33.2 5.0 = 28.2 (m) với MNDGC
: Góc kẹp giữa hướng gió tính toán với trục dọc của hồ: = 00 cos
Thay các trị số vào (2.2-3) và (2.2-4) ta được:
h 2.10 6

32 2 3000
1,00 0.016 (m)
9,81 25.2

h' 2.10 6

12 2 3300
1.00 0.0027 (m)
9.81 28.2

3) Xác định chiều cao sóng leo hsl.
Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo được tính toán ứng với mức bảo đảm P =
1%.


Giả thiết sóng tạo dòng vùng nước sâu : H > 0.5



Lúc đó chiều cao sóng leo được xác định theo công thức :
hsl 1% =hs 1%.K1.K2.K3.K4
(2.2-5)



Tính các đại lượng không thứ nguyên:
gt gt gD' gH gH '
;
;
;
;
V V' V ' 2 V 2 V ' 2

Trong đó : t là thời gian gió thổi liên tục, với hồ chứa lấy t = 6h = 21.600 s.
gt 9.81 21600

6621 ;
V
32
gD 9.81 3000

28.7 ;
V2
32 2
gH 9.81 25.2

0.24 ;
V2
32 2

Sinh viên thực hiện :

gt 9.81 21600

17658
V'
12
gD ' 9.81 3300

225
V '2
12 2
gH ' 9.81 28.2

1.92
2

12 2
V'

Trang 8


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Tra (đồ thị 35 trang 46 QPTL C1-78)

Giá trị

gt
= 6621
V

gt '
=17658
V'

gD
=28.7
V2

gD'
=225
V'2

ghS
V2

0.028

0.09

0.01

0.026

g
V

2.08

4.3

1.1

1.98

Chọn các giá trị nhỏ trong các giá trị trên
g hS
32 2 0.01

0
.
01

h
1.04
s
9.81
V2
g hS '
12 2 0.026

0
.
026

h
'

0.38
S
9.81
V '2
g
32 1.10
1.10
3.59
V
9.81
g '
12 1.98
1.98 '
2.42
V'

9.81

Trị số xác định như sau:
g 2 9.81 3.59 2

20.11 (m)
2
2 3.14



2

g '
9.81 2.42 2
'

9.16 (m)
2
2 3.14



Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu theo điều kiện: H > 0.5
H = 28.2 (m) ứng với MNDBT
0.5 x 20.11 = 10.05 (m) < H = 28.2(m)
Chứng tỏ giả thiết sóng nước sâu là đúng, MNDBT thỏa mãn đương nhiên
MNDGC là sóng nước sâu.

Tính

h sl11% = K 1% ì h s

Xác định theo đồ thị hình 36 Trang 47, QPTL-C1-78.


ứng với MNDBT (i = 1%;

h
gD
28.74 ), ta có: K i i 2.07
2
V
hs

hS1% = hi = Ki .hs = 2.07 1.04 = 2.16(m)


ứng với MNDGC (i = 1%;

h'
gD '
225 ), ta có: K i i 2.08
2
h'
V'

hS1% = hi = KI.h's = 2.08 0.38 = 0.79 (m)

Sinh viên thực hiện :

Trang 9


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm





K1, K2 (tra bảng 6 trang 14 QPTL C1-78) phụ thuộc vào lớp gia cố mái và độ nhám
tương đối trên mái. Độ nhám mặt bằng đá lát = 0.02


Với MNDBT:



Với MNDGC:


h s10 0


'

h s10 0

=

=

0.02
= 0.01 k 1 = 0.95; k 2 = 0.85
2.16

0.02
= 0.025 k 1 = 0.9; k 2 = 0.8
0.79

K3 (tra bảng 7 trang 14 QPTL C1-78) phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái, ở đây dự
kiến sơ bộ chọn m = 3.5 với :
V = 32(m/s) và V' = 12 (m/s) k3 = 1.5



K4 (tra theo đồ thị hình 10, QPTL C-1-78) phụ thuộc hệ số mái m và tỷ số /hsl%

hs1%



20.11
'
9.16
9.3 K 4 1.12 ;

11.54 K 4 1.4

2.16
h' s1% 0.79

Thay các giá trị trên vào (2-6) :
hsl1% = 0.95 x 0.85 x 1.5 x 1.12 x 2.16 = 2.93 (m)
h'sl1% = 0.90 x 0.80 x 1.5 x 1.4 x 0.79 = 1.2 (m)
Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập
Trường hợp

h(m)

hsl(m)

a (m)

(m)

MNDBT = 30.2

0.016

2.93

0.50

33.34

MNDGC = 33.2

0.027

1.2

0.40

34.83

Với kết quả tính toán như trên ta chọn cao trình đỉnh đập là:Đỉnhđập = 35 (m)
2.2.2 Bề rộng đỉnh đập :
Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông, thi công và
quốc phòng.Trong đồ án này xác định cao trình đỉnh đập khi không có yêu cầu
giao thông vì vậy chọn : B = 5m.
2.2.3 Mái đập và cơ đập
2.2.3.1 Mái đập :
Mái đập phải được ổn định trong mọi điều kiện làm việc của đập.
Độ xoải của mái đập phải được qui định tuỳ thuộc chất đất thân đập và mức độ
đầm nén đất, chiều cao đập, tính chất đất nền, điều kiện nước thấm, ngoại lực
tác dụng lên mái, điều kiện xây dựng và quản lý khai thác công trình.
Sơ bộ mái đập được định theo công thức kinh nghiệm, sau đó trị số mái được
chính xác hoá qua tính toán ổn định.
Sơ bộ định hệ số mái theo công thức :


Mái thượng lưu



Mái hạ lưu
: m2 = 0.05H + 1.5 = 0.05 x 35 + 1.5 = 3.25 (m)
Trong đó : H - là chiều cao đập (m).

Sinh viên thực hiện :

: m1 = 0.05H + 2.0 = 0.05 x 35 + 2.0 = 3.75 (m)

Trang 10


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

2.2.3.2 Cơ đập :
Đập cao trên 10m, nên bố trí cơ ở mái hạ lưu và thượng lưu như sau :
a) Mái hạ lưu
Bố trí 2 cơ tại 25.00 và 10.00 bề rộng cơ chọn Bcơ =3m.


Từ 35.00 25.00 : Chọn m3 = 3.25



Từ 25.00 10.00 : Chọn m4 = 3.50



Từ 10.00 đáy suối : chọn m5 = 2.00

b) Mái thượng lưu
Bố trí 2 cơ tại 25.00 và 10.00 bề rộng cơ chọn Bcơ = 3m.

Từ 35.00 25.00 : Chọn m3 = 3.50



Từ 25.00 10.00 : Chọn m4 = 3.75



Từ 10.00 đáy suối : chọn m5 = 4.00

2.2.4 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 cho đập và nền.
Đề bài sơ đồ A cho tầng thấm tương đối mỏng (T<=5m) vì vậy ta chọn giải
pháp tường lõi + chân răng. Vật liệu làm tường lõi + chân răng là đất á sét
Kích thước tường lõi :


Cao trình đỉnh tường lõi : Chọn đỉnh tường= 33.20 m.



Trên đỉnh : 0.8m . Để đảm bảo điều kiện chống thấm và thi công cơ giới dễ dàng
nên chọn 1 = 3 m.



Dưới đáy: 2

1

1
H 33.2 3.32 m (TK đập đất của nguyễn Xuân Trường)
10
10

Chọn 2 = 4 m
Trong đó : H là cột nước trước trước đập ứng với MNDGC = 33.20 m
Chọn hân răng có chiều dày đáy là : f = 3m. Cắm sâu xuống tầng không thấm
sâu 1m có hệ số mái m = 0.5.
2.2.5 Thiết bị thoát nước thân đập :
Phân thành hai đoạn theo chiều dài đập :
2.2.5.1 Đoạn lòng sông : Hạ lưu có nước
Khi chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn có thể chọn thoát nước kiểu lăng trụ,
khối lăng trụ được xếp bằng đá hộc.


Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn MNHLmax, đảm bảo trong mọi trường hợp đường
bảo hoà không đi ra mái hạ lưu. Chọn cao trình đỉnh lăng trụ :
đỉnh LT = MNHLmax + 1.2 = 8.8 + 1.2 = 10m.



Bề rộng đỉnh lăng trụ thường 2m . Chọn BLT = 3m.

Sinh viên thực hiện :

Trang 11


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Mái lăng trụ : Mái thượng lưu : m = 1.5
Mái hạ lưu : m = 2.0

Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền có bố trí tầng lọc ngược.
2.2.5.2 Đoạn trên sườn đồi :
ứng với trường hợp hạ lưu không có nước, sơ đồ đơn giản nhất có thể chọn là
thoát nước kiểu áp mái.
2.3

Tính toán thấm qua đập và nền

2.3.1 Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán :
2.3.1.1 Nhiệm vụ tính toán :


Xác định lưu lượng thấm.



Xác định đường bão hoà trong đập.

Kiểm tra độ bền thấm.
2.3.1.2 Các trường hợp tính toán.
Trong thiết kế đập đất cần tính thấm với các trường hợp khác nhau của đập :


Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng, thiết bị chống thấm, thoát

nước làn việc bình thường.



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.
Trong đồ án này chỉ tính với thấm với một trường hợp (Trường hợp thứ nhất).
2.3.1.3 Các mặt cắt tính toán : Tính toán thấm với hai mặt cắt đại biểu


Mặt cắt lòng sông (Chỗ tầng thấm dày nhất).



Mặt cắt sườn đồi.(Đập trên nền không thấm, hạ lưu không có nước).

2.3.2 Tính thấm cho mặt cắt lòng sông

Chọn mặt cắt lòng sông mà đáy đập ở cao độ thấp nhất là : 0.00m để làm mặt

cắt tinh toán.
Sơ đồ tính toán của mặt cắt lòng sông là : Tính toán đập đất có lõi giữa tường
răng trên nền thấm nước, có thiết bị thoát nước, hạ lưu có nước. Xác định lưu
lượng thấm, đường bão hoà trong thân đập trên cơ sở công thức Đuypuy.

Sinh viên thực hiện :

Trang 12


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

2.3.2.1 Lưu lượng thấm :
Dùng phương pháp phân đoạn để tính.Trong đó ao tính theo các công thức tuỳ
thuộc vào hình thức thoát nước ở hạ lưu. Đối với trường hợp này thì lưu lượng
thấm không lớn lắm nên ao rất bé và có thể bỏ qua. Lưu lượng thấm qvà các độ
sâu h3, h4 trước và sau tường lõi xác định từ hệ phương trình :
2
2

h1 h3
(h1 h3 ) T
Kn
q K d
2 ( L1 L)
L1 m h1 0.44 T


(h3 T ) 2 (h4 T ) 2
q K 0

2

2
2

h4 h2
(h4 h2 ) T
Kn
q K d
2 L2
L2 m1 h2 0.44 T


(2.3-1)

Trong đó :


q : là lưu lượng thấm (m3/s.m).



Kđ : Hệ số thấm cử đất đắp đập Kđ = 10-5(m/s).



Kn : Hệ số thấm của đất nền Kn = 10-6(m/s).

K0 : Hệ số thấm của tường lõi(đất sét) K0 = 4 x 10-9(m/s)



h1 : Độ sâu mực nước trước đập h1= MNDBT - Đáy sông = 30.2 0 = 30.2 (m).



h2 : Độ sâu mực nước hạ lưu đập h2= MNHL - Đáy sông = 7.2 0 = 7.2 (m).



h3 : Độ sâu mực nước trước tường lõi (chưa biết).



h4 : Độ sâu mực nước sau tường lõi (chưa biết).



T : Chiều dày tầng thấm T = 4.5 m.



: Chều dày trung bình của tường lõi (m)
Xác định chiều dày trung bình của tương lõi :Theo kết quả lựa chọn ở trên ta có :
3 4 43

2
2 3.50 (m).

=
2



m : Hệ số mái đập trung bình ở thượng lưu : m =3.75.



m1 : Hệ số mái đập trung bình ở hạ lưu : m = 3.5.



L1 : Khoảng cách từ giao điểm MNDBT với mái đập thượng lưu đến giao điểm của
ĐBH với phía trước tường lõi (sau khi đã qui đổi ).
B
5 3.5
L1 m.( Z dd MNDBT )
3.75 (35 30.2)
18.75 (m)
2



2

L2 : Khoảng cách từ giao điểm của ĐBH với phía sau tường lõi đến giao điểm ĐBH
với đống đá tiêu nước.
B -
5 - 3. 5

L2 m1 (DD - LT )
3.5 (35 - 15)
70.75 (m)
2

Sinh viên thực hiện :

2

Trang 13


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



L : là chiều dài qui đổi xem mái đập TL từ mái nghiêng thành mái thẳng đứng.
L

mh1
3.75 30.2

16.1 (m)
2m 1 2 3.75 1

Thay tất cả các thông số đã biết vào hệ phương trình ta có :
2

30.2 2 h3
(30.2 h3 ) 4.5

5
q

10

10 6

2 (18.75 16.1)
18.75 3.75 30.2 0.44 4.5


(h3 4.5) 2 (h4 4.5) 2
9
q 4 10
2 3.5

2
2

h4 7.2
(h4 7.2) 4.5
5
10 -6
q 10
2 70.75
70.75 - 3.5 7.2 0.44 4.5


Giải hệ phương trình (2.3-1) ta được kết quả :
q = 0.6 x 10-6m3/s.m.

h3 = 30.13 m
h4 = 7.73 m.
2.3.2.2 Đường bão hoà :


Đoạn trước tường lõi h3 = 30.13 (m) gần bằng MNDBT do vậy ĐBH gần như là đường
thẳng.



Đoạn sau tường lõi, với hệ trục toạ độ như hình vẽ, phương trình đường bão hoà có
dạng:
2

Y

(h4

h2 ) 2
L2

(7.34 - 7.2) 2
X
0.0039 X (m)
70.75

2.3.2.3 Kiểm tra độ bền thấm :
Với đập đất để đảm bảo được xói mòn cơ học, trôi đất nhờ bố trí tầng lọc ngược
ở thiết bị thoát nước ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm để ngăn ngừa trường
hợp hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hoặc nền .

a) Thân đập


Đoạn phía trước tường lõi : J kd

h1 h3 30.2 30.13

0.37 10 3
L1
18.75

So sánh J kd 0.37 10 3 J k d 0.45 (Theo 14TCN 157-2005)


Đoạn tường lõi : J kl

h3 - h4





30.13 - 7.73
6.4
3.5

So sánh J kn 6.4 J k th 8 (Theo 14TCN 157-2005)
Đoạn phía sau tường lõi: J kd

h4 - h2 7.73 - 7.2

0.75 10 -3
L2
70.75

So sánh J kd 0.75 10 3 J k d 0.45 (Theo 14TCN 157-2005)

Sinh viên thực hiện :

Trang 14


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

b) Nền đập


Đoạn phía trước tường lõi : J kn



Đoạn tường lõi : J kl

h1 h3
30.2 30.13

0.3 10 3
0.88 T L1 0.88 0.45 18.75

h3 - h4

30.13 - 7.73

3
0.88 T 0.88 0.45 3.5

So sánh J kl 3 J k th 8 (Theo 14TCN 157-2005)


h4 - h 2
7.73 - 7.2

0.71 10 -3
0.88 T L2 0.88 0.45 70.75

Đoạn phía sau tường lõi: J kn

So sánh ta thấy J kn 0.3 10 -3 ; J kn 0.71 10 -3 J k n 0.28
Theo bảng P3-2 (theo CIII-12-67) với công trình cấp III, nền bồi tích thềm sông.
Vậy mặt cắt lòng sông đảm bảo không bị xói ngầm. Trong thân và nền đập.
2.3.3 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi
Với tài liệu 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. Chọn mặt cắt tính toán là
mặt cắt ở cao trình 20. Các kích thước như hình vẽ : (Hình : 2.3-3).

2.3.3.1 Lưu lượng thấm : Giải bằng phương pháp biến đổi đồng chất, theo các
bước sau đây :
Biến lõi có chiều dày , hệ số thấm K0 về một lõi mới có chiều dày , hệ số
thấm Kđ, với

Kd
.
K0

(2.3-2)

Trong đó :


Kđ = 10-5 (m/s); K0 = 4 x 10-9 (m/s).



: Tính trung bình chiều dày tường lõi : = 3.50



Thay vào công thức ta được :


Kd
10 -5
.
3.5 8750 m
K0
4 10 -9

Tính thấm trên đập biến đổi : Lưu lượng thấm xác định từ hệ phương trình sau:
2

q Kd

h1 - a 0

2



K

2 L L d - 1 - m1 a 0
K0



Sinh viên thực hiện :

(2.3-3)

Trang 15


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

q=

Kd ìa0
m 1 + 0.5

Trong đó :

h1 = MNDBT 20 = 30.2 20 = 10.2 m.



L =



L m (dd - MNDBT ) B m (dd - 20) 3.75 (35 - 30.2) 5 3.75 (35 - 20) 75.5

m ì h1
3.75 ì 10.2
=
= 4.5 m.
2 ì m + 1 2 ì 3.75 + 1

Thay các đại lượng đã biết vào hệ phương trình ta được :
q 10 -5

q=

10.2 2 - a 0

2



10 -5

2 4.5 75.5
- 1 3.5 3.75 a 0
-9
4 10




(2.3-4)

10 -5 ì a 0
3. 5 + 0. 5

Giải hệ phương trình (2.3-4) bằng phương pháp thử dần ta được :
a0 = 0.023 m (Có thể bỏ qua).
q = 0.058 x10-6(m3/s.m)
2.3.3.2 Đường bão hoà :
Trong đập biến đổi và chọn hệ toạ độ như hình vẽ thì phương trình đường bão
hoà có dạng :
y = h 21 -

2q
ì X = 10.2 2
kd

2 ì 0.013 ì 10 -6
ìX
10 -5

(2.3-5)

Xác định các độ sâu h3, h4 ở trên đập thực bằng cách tính hoành độ h3, h4:


Tính chiều rộng đỉnh đập biến đổi :
B= B - + = 5 3.5 + 8750 = 8751.5 m



Tính hoành độ của h3 :
X h3 L m (dd - MNDBT )

B '-
8751.5 - 8750
4.5 3.75 (35 - 30.2)
23.25
2
2

Tính hoành độ của h4 :
X h 4 X h 3 23.25 8750 8773.25 m

Tính h3, h4, theo công thức (2.3-5) ta được : h3 = 10.19 m ; h4 = 1.71 m.
2.3.3.3 Kiểm tra độ bền thấm :
Vì vùng thân đập ở phía trước tường lõi đường bão hòa gần như nằm ngang (h3
h1) nên gradien thấm j 0.
Ta chỉ cần kiểm tra độ bền thấm của tường lõi và vùng thân đập sau tường lõi.

Sinh viên thực hiện :

Trang 16


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Đoạn tường lõi : J kl

h3 - h4





10.19 - 1.71
2.42
3.5

So sánh J 2.42 J k th 8 (Theo 14TCN 157-2005)
n
k



Đoạn phía sau tường lõi: J kd

h4 - a 0

L2

1.71 - 0.023
5 - 3.5
3.5 (35 - 20 - 0.023)

2

0.032

So sánh J kd 0.032 J k d 0.45 (Theo 14TCN 157-2005)
Kết luận : Với kích thước mặt cắt đã chọn đập tường lõi chân răng đảm bảo về
điều kiện thấm.
2.4

Tính toán ổn định mái đập

2.4.1 Trường hợp tính toán :
Theo điều 4.9 QPVN-11-77 : Khi tính toán mái đập nên nghiên cứu các trường
hợp sau đây:
2.4.1.1 Đối với mái hạ lưu :
a) Trường hợp tính toán thứ nhất (tổ hợp chủ yếu).
Thượng lưu MNDBT, bộ phận tiêu nước làm việc bình thường, ở thân công trình
có dòng thấm ổn định, ở hạ lưu chiều sâu nước lấy trị số lớn nhất có thể xảy ra
nhưng không lấy lớn hơn 0.2H.
b) Trường hợp tính toán thứ hai (tổ hợp đặc biệt).
Thượng lưu MNDGC, bộ phận tiêu nước bị phá hoại không còn làm việc bình
thường. Các điều kiện khác như trường hợp a.
2.4.1.2 Đối với mái thượng lưu :
a) Trường hợp 1 :

Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xẩy ra.
Khi đó phải xét lực thấm phát sinh ở mái.(cơ bản)
b) Trường hợp 2 :
Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất nhưng không nhỏ hơn (0.2H) (tổ
hợp cơ bản).
c) Trường hợp 3 :
Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra
khi đó phải xét đến lực thấm phát sinh ở mái.(Tổ hợp đặc biệt).
Trong đồ án này chỉ kiểm tra cho mái hạ lưu tại mặt cắt lòng sông trường hợp :
Thượng lưu MNDBT = 30.2 m, MNHL = 7.2 m.
2.4.2 Tài liệu tính toán
2.4.2.1

Tài liệu địa chất
Dựa vào tài liệu địa chất trong đầu bài chỉ tiêu cơ lý đất nền và vật liệu đắp đập
(bảng 1.1-1) ta tính thêm một số chỉ tiêu cơ lý tính đổi như bảng sau
Bảng 2.4-1 : Một số chỉ tiêu cơ lý tính đổi

Sinh viên thực hiện :

Trang 17


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Độ k
tn
bh
đn
tn

ẩm
3
3
3
3
W% (T/m ) (T/m ) (T/m ) (T/m ) (Độ)

No Loại đất
1

Đất
đập

2

đắp

bh
tgtn

(Độ)

tgbh

20

1.62

1.94

1.97

0.97

23.00 0.42 20.00 0.36

Đất sét

22

1.58

1.93

2.00

1.00

17.00 0.31 13.00 0.23

3

Cát

18

1.60

1.89

2.00

1.00

30.00 0.58 27.00 0.51

4

Đất nền

24

1.59

1.97

1.98

0.98

26.00 0.49 22.00 0.40

Trong đó : tn=k(1+W) ;
bh= k + nn ;
đn = bh -n ;
2.4.2.2 Tài liệu thấm :
Từ kết quả tính thấm ở phần 2.3 cho mặt cắt lòng sông và vẽ được đường bão
hoà trong thân đập như hình 2.3-1
2.4.3 Phương pháp tính toán
Tính toán ổn định mái đập đất theo phương pháp cung trượt.

Nội dung phương pháp : Mặt trượt của mái đập đất là mặt cong. Để đơn giản
tính toán ta xem nó là một phần của mặt trụ tròn và giải theo bài toán phẳng tức
là xét môt đoạn đập có chiều dài 1m. Đất ở trên và dưới đường bão hoà có các
chỉ tiêu cơ lý khác nhau.
Giả thiết một cung trượt bất kỳ tâm O bán kính R. Nguyên tắc để đảm bảo ổn
định mái đập là thoả mãn bất đẳng thức sau đây :
K

M c
K
M t

Trong đó :


Mc

: Tổng các mô men chống trượt đối với tâm O.



Mt

: Tổng các mô men gây trượt đối với tâm O.

[K]
: Hệ số an toàn phụ thuộc vào cấp công trình lấy theo qui phạm.
2.4.3.2 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm :
Trong thiết kế cần xác định cung trượt nguy hiểm nhất (tức là hệ số an toàn nhỏ
nhất) Kmin min. Tìm Kmin min bằng cách kết hợp cả hai phương pháp Filennít và

Fanđêép để tìm vùng chứa tâm trượt nguy hiểm nhất.
Nội dung phương pháp như sau :


Từ đáy hạ lưu đập dựng một đường thẳng có độ sâu H = Hđập = 30m. Từ điểm đó dựng
đường nằm ngang có độ dài 4.5H = 135 m xác định được điểm M.



Từ mép trên mái hạ lưu, dựng đường thẳng hợp với phương ngang 1 góc = 350. Từ
mép dưới mái hạ lưu dựng đường thẳng hợp với mái hạ lưu (m = 3.0) một góc = 250.
(Trong đó , : phụ thuộc vào hệ số mái hạ lưu - tra bảng 6-5 giáo trình TC tập 1)

Sinh viên thực hiện :

Trang 18


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Giao điểm của hai đường thẳng cho ta điểm M1. Nối MM1.



Từ trung điểm mái hạ lưu, dựng một đường thẳng đứngvà một đường thẳng hợp với
mái hạ lưu một góc 850.

Cũng từ trung điểm mái hạ lưu vẽ hai cung tròn có bán kính r = 35 và R = 80.5 (r và R
phụ thuộc hệ số mái và chiều cao đập bảng 6-6 GTTC). Phạm vi đường MM1 kéo dài
nằm trong hình vành khuyên chính là vùng chứa tâm trượt nguy hiểm nhất. Từ 3 điểm
trên MM1, vẽ 3 cung đi qua mép hạ lưu đập Q1 xác định được Kmin Từ vị trí này ta
dựng đường thẳng vuông góc với MM1 lấy 3 điểm vẽ được 3 cung trượt đi qua mép hạ
lưu đập Q1 xác định được Kmin min(Hình 2.4). Làm hoàn toàn tương tự cho các điểm ở
sau mép hạ lưu. Cuối cùng tìm được Kminminmin cho mái đập.
Trong đồ án này chỉ tính với một điểm ra Q1 ở chân đập.
2.4.3.3 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ
Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức để xác định hệ số an
toàn K cho 1 cung trượt. Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định
lực thấm. Trong đồ án này tính toán theo công thức Ghécxêvanốp với giả thiết
xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực
thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm .
Để lập công thức tính toán ta chia khối đất trượt thành nhiều dải đất có chiều
rộng b. Để tiện cho việc tính toán có thể lấy chiều rộng b =

R
m

Trong đó :


R - Bán kính cung trượt.



m - Số nguyên nên lấy 10, 20,....
Đường thẳng đứng O-O chia cung trượt ra hai phần. Các dải đất được đánh số

như hình vẽ (2.4-1; 2.4-2; 2.4-3 2.4-4; 2.4-5).
( N n Wn ).tg C n l n
áp dụng công thức : K
Tn

Trong đó :


n, Cn : Góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.



ln

: Bề rộng đáy dải thứ n được tính theo công thức ln = bn/cos.



Wn

: áp lực thấm ở đáy dải thứ n : Wn = n.hn.ln.



n

: Trọng lượng riêng của nước n = 1T/m3.

hn

: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải.



Nn, Tn : Thành phần pháp tuyến và thành phần tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn.
Gn=b.(iZi)n ;

Nn=Gn.cos;

Tn=Gn.sin.

Trong đó :


Zi : là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là i. Lấy theo dung trọng tự
nhiên đối với đất ở trên đường bão hoà. Lấy theo dung trọng bão hoà đối với đất ở dưới
đường bão hoà.

Sinh viên thực hiện :

Trang 19


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

n
sin n = ;
m

n
cos 1
m

2

Trường hợp 1 : Công trình đã thi công xong làm việc bình thường.


MNTL : MNDBT = 30.20m



MNHL: 7.2 m.
Kết quả tính toán được lập thành bảng (2.4-2; 2.4-3; 2.4-4; 2.4-5; 2.4-6).

2.4.4 Đánh giá sự hợp lý của mái
Kết quả tính toán cho 5 cung trượt được thể hiện trong bảng (2.4-2; 2.4-3; 2.4-4;
2.4-5; 2.4-6 ) cùng các hình vẽ minh hoạ. Cuối cùng ta tìm được hệ số ổn định
của mái đập là Kminmin = 1.208. Tra bảng P1-7 ĐAMN Thuỷ côngđược hệ số
an toàn cho phép về ổn định của mái đập, ứng với cấp công trình cấp III chịu tổ
hợp tải trọng chủ yếu là [K] = 1.2 < Kmin min= 1.208
Kết luận : Mái đập đã chọn là hợp lý, đảm bảo an toàn về điều kiện ổn định và
kinh tế.
2.5

Cấu tạo chi tiết

2.5.1 Đỉnh đập

Vì đỉnh đập không có yêu cầu giao thông nên chỉ cần phủ một lớp dăm sỏi dày
30 cm. Mặt đỉnh đập làm dốc về 2 phía với độ dốc i = 2%.
Phía thượng lưu bố trí tường chắn sóng cao 1m, kêt cấu BTCT M200.
Phía hạ lưu tại g1iao điểm giữa đỉnh đập và mái hạ lưu gia cố BT M150 dày 30
cm để chống xói cục bộ.
2.5.2 Bảo vệ mái đập


Bảo vệ mái thượng lưu : Hình thức bảo vệ mái thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào các
yếu tố của sóng và khả năng cung cấp vật liệu. Khi tính toán lớp bảo vệ mái, cần dựa
vào chiều cao sóng lớn nhất (theo tần suất gió và mức bảo đảm sóng lớn nhất được qui
định theo qui phạm). hs1% = 2.93 m (được tính trong chương II) > 1.25 m.Nếu dùng đá
đổ hoặc đá lát thì kích thước và trọng lượng hòn đá phải lớn (G = 80kg), điều này gây
khó khăn cho việc chọn vật liệu (không tận dụng hết đá khai thác ra) và khó khăn cho
thi công. Do đó ta chọn hình thức gia cố tấm BTCT. Chiều dày tấm xác định theo điều
kiện ổn định chống đẩy nổi và lật. Sơ bộ định chiều dày theo công thức Anđrâytruc :
K n hs 3 B
1
hb
( b n ) 4 Ls






2

(2.5-1).

Trong đó :


K : là hệ số, khi tấm được đặt trên lớp lọc liên tục lấy K = 0.23.

Sinh viên thực hiện :

Trang 20


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



n : Dung trọng của nước n = 1 T/m3



b : Dung trọng của bê tông b = 2.5T/m3.



: Góc nghiêng của mái với mặt nằm ngang, với m=3.5 ta có : = 15056

B : Bề rộng tấm bê tông, chọn B =2m.



Ls : Chiều dài sóng, đã tính được từ bảng 1, Ls= 21.744m.

Thay tất cả các đại lượng đã biết vào công thức ta được :
hb

2
0.23.1.2.257. 3 2
1


0.35m

(2.5 1). cos15 0 56' 4 21.744

Ta chọn chiều dày gia tấm bê tông gia cố mái thượng lưu là : h = 35cm.


Bảo vệ mái hạ lưu : Mái hạ lưu cần được bảo vệ chống xói mòn do nước mưa gây ra
Chọn hình thức trồng cỏ. Trên mái đào rãnh nghiêng 450 so với trục đập. Trong rãnh
bỏ đá dăm để tập trung nước mưa. Nước từ các rãnh tập trung vào các rãnh ngang bố
trí ở các cơ đập. Rãnh ngang có độ dốc về phía hai bên vai đập để dẫn nước về hạ lưu.

2.5.3 Nối tiếp đập với nền và bờ :


Nối tiếp đập với nền : Để tiếp giáp giữa đập và nền ta phải bóc hết lớp phong hoá dày

50cm. Ngoài ra dọc theo tim đập bố trí chân răng có tác dụng chống thấm và đảm bảo
nối tiếp giữa đập và nền được tốt.



Tường lõi chân răng cắm sâu vào tầng đá gốc.Mặt nối tiếp thân đập và bờ đựơc thiết kế
như bản vẽ. Bản vẽ cắt dọc, cắt ngang, các chi tiết đươc thể hiện trên một bản vẽ A1.
Chương 3:

3.1

thiết kế cống ngầm

Những vấn đề chung.

3.1.1 Nhiệm vụ cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế
3.1.1.1 Nhiệm vụ công trình :Hồ chứa H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau :


Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác.



Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.

Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ,tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.
3.1.1.2 Cấp công trình : Xác định theo 2 điều kiện sau đây :


Theo nhiệm vụ : Đã xác định ở chương II. Công trình cấp IV.

Theo cấp chung của đầu mối : Đã xác định ở chương II. Cấp công trình là cấp III.
Từ 2 điều kiện trên ta xác định cấp công trình là cấp III.
3.1.1.3 Các chỉ tiêu thiết kế.
Từ cấp công trình là cấp III dựa vào qui phạm ta xác định đươc các chỉ tiêu TK


Tần suất mực nước lớn nhất trước hồ : P =1%.

Sinh viên thực hiện :

Trang 21


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Các hệ số vượt tải


Trọng lượng bản thân : n = 1.05.



áp lực đất thẳng đứng : n=1.1

áp lực đất nằm ngang : n=1.2.



áp lực nước trong cống : n=1.00.



Hệ số điều kiện làm việc :



Hệ số tin cậy : K = 1.15.

m = 1.

3.1.2 Chọn tuyến và hình thức cống
3.1.2.1

Tuyến cống :
Phụ thuộc vào khu tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa
chất nền và các quan hệ với các công trình khác. ở đây vì đường tràn xả lũ đổ
sang lưu vực khác nên có thể đặt cống ở bờ trái hoặc bờ phải đều được. Việc đặt
cống ở bờ nào chỉ phụ thuộc vào khu tưới và điều kiện địa chất nền, khi chọn
tuyến cống cần lưu ý :



Cố gắng đặt cống trên nền đá. Tuy nhiên nếu tầng phủ khá dày thì cũng có thể đặt

cống trên nền đất, Khi đó không nên đặt cống nổi trên nền mà cần đặt ở một độ sâu
nhất định.



Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước lắng đọng và thấp hơn mực nước chết
trong hồ.
Trong đồ án này chọn đặt tuyến cống ở bờ phải đập.
3.1.2.2 Hình thức cống :


Vì cống dặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC
đến MNDBT) nên hình thức lấy nước hợp lý là cống ngầm lấy nước chảy không áp.



Vật liệu làm cống là BTCT; mặt cắt cống hình chữ nhật.



Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van công tác và van sữa
chữa
Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống.
3.1.2.3 Sơ bộ bố trí cống :
Từ vị trí dặt cống và mặt cắt đập đã thiết kế. Sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định
chiều dài cống làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực sau này. Để sơ bộ xác
định chiều dài cống có thể chọn cao trình đáy cống cống thấp hơn MNC 1.2m
(Cao trình đáy cống sẽ xác định chính xác ở phần tính toán thuỷ lực).
Vậy cao trình đáy cống chọn sơ bộ : đáy cống = 9.00 (m).
3.2

Thiết kế kênh hạ lưu cống
Kênh hạ lưu được thiết kế trước để làm căn cứ cho việc thiết kế cống.

3.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh
Mặt cắt kênh được thiết kế với chỉ tiêu cho trước (Các chỉ tiêu này được lấy ở
chương I):
Sinh viên thực hiện :

Trang 22


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Lưu lượng thiết kế

: Qtk = 3.2 (m3/s) ứng với MNC



Hệ số mái

: m = 1.5



Hệ số nhám

: n = 0.025

Độ dốc đáy kênh
: i = 2 x10-4
3.2.1.2 Xác định chiều rộng đáy kênh b và độ sâu mực nước trong kênh h.
a) Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức (TCVN 4118-85)
VKX = K x Q0.1(m/s)
(3.2-1)
Trong đó :


K : Hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha K = 0.53.



Q : Lưu lượng thiết kế kênh Q = 3.2 (m3/s)

Ta có : VKX = 0.53 x 3.20.1 = 0.60 (m/s)
b) Sơ bộ xác định chiều sâu h theo công thức kinh nhgiệm :
h 0.5 (1 V KX ) 3 Q 0.5 (1 0.6) 3 3.2 0.85(m)

(3.2-2)

c) Xác định b theo phương pháp đối chiếu với măt cắt lợi nhất về thuỷ lực :
Với m = 1.5 4m 0 = 8.424 (PL-8-1, bảng tra thuỷ lực)


Tính : F(R ln ) =

4 m 0 i 8.424 2.10

=
Q
3.2

4

= 0.037

Tra phụ lục 8-1 bảng tra thuỷ lực được : Rln = 0.86
Vậy ta có :


h
0.85
=
= 0.99
R ln 0.86

Tra phụ lục 8-3 bảng tra thuỷ lực được :

b
= 8.4 b =Rln x 8.4 = 0.8 x 0.86 = 7.22
R ln

m
Kiểm tra tỉ số :

b 7.22
=
= 8.49 > 2 b quá lớn, chọn lại b = 2 m rồi đi tìm h.

h 0.85

b
2
=
= 2.33
R ln 0.86



Tính



Tra phụ lục 8-3 bảng tra thuỷ lực được :

h
= 1.72
R ln

h = Rln x 1.72 = 0.86 x 1.72 = 1.48m.
Kiểm tra tỉ số :

b
2
=
= 1.35 Thuộc khoảng (0.5 2) Chứng tỏ b, h là hợp lý.
h 1.48

3.2.1.3 Kiểm tra điều kiện không xói

Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, nên không
cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở lòng
dẫn, tức là phải khống chế : Vmax< [V]kx.
Trong đó :
Sinh viên thực hiện :

Trang 23


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm



Vmax : Là lưu tốc lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng Qmax
Qmax= K x QTK = 1.2 x 3.2 = 3.84 (m3/s).
Xác định chiều độ sâu mực nước trong kênh hmax ứng với lưu lượng Qmax



Với m = 1.5 4m 0 = 8.424 (PL-8-1, bảng tra thuỷ lực)



Tính : F(R ln ) =

4 m 0 i 8.424 2.10
=
Q max
3. 2

4

= 0.031

Tra phụ lục 8-1 bảng tra thuỷ lực được : Rln = 0.88
Vậy ta có :


b
2
=
= 2.27
R ln 0.88

Tra phụ lục 8-3 bảng tra thuỷ lực được :

h
= 1.737
R ln

hmax = Rln x 1.737 = 0.88 x 1.737 = 1.53 m
Xác định vận tốc lớn nhất trong kênh ứng với lưu lượng Qmax
Vmax =

Q max
Q max
3.84
=
=
= 0.58(m) <[V]kx = 0.6(m/s).

max (b + mh max )h max (2 + 1.5 ì 1.53) ì 1.53

Như vậy kênh thiết kế không bị xói
Các thông số kỹ thuật của kênh như sau:


Bề rộng đáy kênh :



Chiều cao mực nước ứng với QTK = 3.2 (m3/s) : hTK = 1.48(m)



Chiều cao mực nước lớn nhất ứng với Qmax = 3.84(m3/s) : hmax = 1.53(m)



Độ dốc đáy kênh : i = 2x10-4

bk = 2m.

Hệ số nhám : n = 0.025
3.2.1.4 Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng
Bằng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. ta tính độ sâu mực
nước trong kênh với Q(ứng với MNDBT) : Q = 3.0(m3/s).


Với m = 1.5 4m 0 = 8.424 (PL-8-1, bảng tra thuỷ lực)

Tính : F(R ln ) =

4 m 0 i 8.424 2.10
=
Q
3.0

4

= 0.0397

Tra phụ lục 8-1 bảng tra thuỷ lực được : Rln = 0.84.
Vậy ta có :


b
2
=
= 2.38
R ln 0.84

Tra phụ lục 8-3 bảng tra thuỷ lực được :

h
= 1.726
R ln

hk = Rln x 1.726 = 0.84 x 1.726 = 1.45 m

3.2.1.5 Tính cao trình đáy kênh
Cao trình đáy kênh được xác định theo công thức :
Sinh viên thực hiện :

Trang 24


Đồ án môn học Thủy công: Thiết kế sơ bộ đập đất và cống ngầm

Đáy kênh = MNđầu kênh - htk = 9.90 1.48 = 8.42 (m).
3.2.1.6 Sơ bộ xác định chiều dài cống
Chiều dài cống tương ứng với Đáy cống = 9.00 (m) là : L = 140 (m).
3.3

Tính khẩu diện cống

3.3.1 Trường hợp tính toán : Cống ngầm được phân làm 2 đoạn :


Đoạn I : L = 44 m. Dòng chảy trong cống là dòng có áp ổn định.



Đoạn II: L = 96 m, dòng chảy trong cống là dòng không áp. Trong tính toán thuỷ lực
phải phân ra hai đoạn để tính toán kiểm tra.
Trong đồ án này xem đoạn I đã thoả mãn điều kiện là dòng chảy có áp ổn định.
Đảm bảo khả năng tháo đủ lưu lượng yêu cầu. Khẩu diện cống được tính toán
với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng lấy nước
tương đối lớn. Thường tính với trường hợp MNC ở thượng lưu, còn hạ lưu là
mực nước khống chế ở đầu kênh tưới ZKC = 14.9m, chênh lệch mực nước

thượng hạ lưu khi đó sẽ là :
[Z] = MNC - ZKC = 10.2 9.9 = 0.3m.
Lúc này, để lấy đủ lưu lượng thiết kế cần mở hết cửa van, sơ đồ tính toán như
trên hình (3-1).

Trong đó :


Z1

: Tổn thất cột nước ở cửa vào



Zp

: Tổn thất cột nước do khe phai (nếu có)



Zl

: Tổn thất cột nước qua lưới chắn rác



Zv

: Tổn thất cột nước qua tháp van

Z2

: Tổn thất cột nước ở cửa ra

3.3.2 Tính bề rộng cống bc
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực
nước thượng hạ lưu [Z] đã khống chế, tức là bảo đảm điều kiện: Zi < [Z]
Trong đó :
Zi = Z1+ Zp+ Zl + Zv + Z2 + iL.
ở đây i là độ dốc, L là chiều dài cống. Trị số bc được tìm bằng phương pháp đúng
dần, tự cho bc, xác định các trị số tổn thất Zi sau đó thử lại theo điều kiện (*).
Giả thiết : bc= 2m
Các tổn thất cột nước được xác định như sau :
Sinh viên thực hiện :

Trang 25