THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH THỦY

Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

MỤC LỤC

1
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 1


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

PHẦN I
ĐỀ BÀI
ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH THỦY SỐ II
THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
A- TÀI LIỆU CHO TRƯỚC:
I- Nhiệm vụ công trình:
Một hồ chứa nước được xây dựng trên song với mục đích phát điện là chính và
đảm nhận các nhiệm vụ sau:
1. Phát điện là chính, với công suất lắp máy N=150MW.
2. Cấp nước sinh hoạt cho 10000 dân.
3. Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái.
4. Kết hợp dùng nước sau nhà máy thủy điện tưới cho 1000ha đất canh tác.
5. Phòng lũ cho hạ du.
II- Các hạng mục công trình đầu mối
Tại đầu mối có 3 hạng mục công trình chủ yếu được xây dựng:

1. Đập chính ngăn sông – được chọn phương án là đập Bê tông trọng lực.
2. Công trình tháo lũ với phương án tràn tự do đặt trong thân đập Bê tong trọng
lực.
3. Công trình lấy nước và nhà máy Thủy điện sau đập.
III- Tài liệu cơ bản cho trước :
1. Tài liệu địa hình :
- Cho trước bình đồ địa hình vùng tuyến tỷ lệ 1:2000
- Tuyến đập thiết kế đã được chọn trước trên bình đồ.
- Tài liệu địa chất: Địa chất nền tuyến đập tương đối đơn giản, trên mặt có
phủ một lớp đất thịt dày từ 1-5m. Nền đá gốc có độ phong hóa nứt nẻ
trung bình.
a- Tài liệu ép nước tuyến đường tại tuyến đập:
Độ sâu (m)

10

Độ
mất
0,06
nước(l/ph)
b- Chỉ tiêu cơ lý của đá nền:

15

20

0,04

0,02

+ Hệ số ma sát: f = 0,6.
+ Các đặt trưng chống cắt: f0 = 0,63; lực dính C = 2 kg/cm2.
+ Cường độ chịu nén giới hạn: R = 1700 kg/cm2.
- Từ bình đồ địa hình, tuyến đập sinh viên phải vẽ được mặt cắt dọc địa hình
tuyến đập.
- Sau đó căn cứ vào số liệu về vị trí các lỗ khoan và bề dày các lớp đất tại từng lỗ
khoan để vẽ mặt cắt địa chất dọc tuyến đập.
2. Tài liệu về vật liệu xây dựng :
Khu vực xây dựng có đủ cát, đá bảo đảm tiêu chuẩn làm cốt liệu Bê tông

2
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 2


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

3. Các đặc trưng của hồ chứa :
Sau khi tính toán thủy văn công trình và thủy năng xác định được các đặc trưng
chủ yếu của hồ chứa. Các số liệu đã cho bao gồm :
- D(km)
: Chiều dài truyền sóng (còn gọi là đà gió) ứng với
MNDBT
- D’(km)
: Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK D’=D+0,5km
- MNC(m)
: Cao trình mực nước chết của hồ chứa.

- MNDBT(m)
: Cao trình mực nước dâng bình thường của hồ chứa.
- Trạm thủy điện có 4 tổ máy, trong bảng 3 cho lưu lượng qua 1 tổ máy Qtm.
- MNLTK(m) : Mực nước lũ thiết kế được tính bằng MNDBT cộng thêm cột
nước lớn nhất trên đỉnh tràn tự do : MNLTK = MNDBT + Ht max (Ht max là
cột nước lớn nhất trên tràn tự do khi xảy ra lũ thiết kế - Ht max và lưu lượng xã
lũ lớn nhất Qmax phụ thuộc tần suất lũ thiết kế - được cho ở bảng sau:
Tần suất P%
Qmax (m3/s)
Ht max (m)

0,1

0,5

1,0

1,5

2,0

1500

1400

1300

1200

1100

6

5,5

5

4,5

4,0

- MNLKT(m) : Mực nước lũ kiểm tra, là mực nước lớn nhất trong hồ khi xảy
ra lũ kiểm tra. Ở đây giả định cho : MNLTK = MNLTK + 1m
- Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước hạ lưu tuyến đập được cho theo bảng :
Q(m3/s)

Cao trình mực nước hạ lưu Z (m)
BĐ1

BĐ2

BĐ3

BĐ4

BĐ5

BĐ6

BĐ7

BĐ8

200

2.5

107.5

102.5

151.5

23.5

218.5

39.5

54.5

300

3.0

108.0

103.0

152.0

24.0

219.0

40.0

55.0

500

3.5

108.5

103.5

152.5

24.5

219.5

40.5

55.5

800

4.0

109.0

104.0

153.0

25.0

220.0

41.0

56.0

1000

4.5

109.5

104.5

153.5

25.5

220.5

41.5

56.5

1200

5.0

110.0

105.0

154.0

26.0

221.0

42.0

57.0

1400

5.5

110.5

105.5

154.5

26.5

221.5

42.5

57.5

1600

6.0

111.0

106.0

155.0

27.0

222.0

43.0

58.0

4. Các tài liệu khác:
- Cao trình bùn cát lắng đọng dự kiến (sau thời hạn phục vụ của công trình) được
cho theo bảng :

Bình đồ

1

2

3

4

5

6

7

8

Cao trình
bùn cát(m)

6

111

106

157

27

223

43

58

-

Chỉ tiêu cơ lý của bùn cát :
+ Độ rỗng : n = 0,45

3
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 3


Đồ án Công Trình Thủy

-

-

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

+ Dung trọng khô : γk = 1,2 T/m3
+ Góc nội ma sát ở trạng thái bão hòa nước :
Vận tốc gió tính toán ứng với các tần suất P%

ϕbh = 120.

P%

2

3

4

5

20

30

50

V(m/s)

32

30

27

26

17

14

12

Khu vực xây dựng có động đất cấp 7
Đỉnh đập không có yêu cầu giao thông chính đi qua.

B. YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
1. Yêu cầu:
- Hiểu được cách bố trí đầu mối thủy lợi và phương án chọn đập bê tông.
- Nắm được các bước thiết kế đập bê tông trọng lực tràn nước và không tràn
nước (trong giai đoạn thiết kế sơ bộ).
2. Nhiệm vụ:
- Bố trí phần đập tràn và không tràn trên tuyến đã chọn.
- Xác định mặt cắt cơ bản của đập.
- Xác định mặt cắt thực dụng cho đập không tràn, đập tràn (bao gồm cả tính toán
tiêu năng).
- Kiểm tra ổn định mặt cắt đập tràn.
- Phân tích ứng suất mặt cắt đập tràn.
- Chọn cấu tạo các bộ phận: thoát nước ở thân đạp và nền đập,chống thấm ở nền,
xử lý nền, bố trí thấm nằm ngang trên đập.
- Đồ án gồm 1 bản thuyết minh được viết trên khổ A4 – có thể đánh máy hoặc
viết tay.
- Bản vẽ trình bày trên khổ A3 – yêu cầu vẽ bằng tay – sau khi thông qua có thể
vẽ trên máy tính gồm :
+Bình đồ bố trí mặt bằng đập và các công trình đầu mối.
+ Mặt cắt dọc tim đập.
+ Chính diện thượng lưu, hạ lưu.
+ 1 mặt cắt qua phần đập không tràn.
+ 1 mặt cắt qua phần đập tràn.

+ Các chi tiết cấu tạo: khớp nối, hành lang, đỉnh đập.
Bản vẽ phải theo đúng quy định bản vẽ kỹ thuật.

4
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 4


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

PHẦN II
THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH VÀ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN.
1.1.

Vị trí và nhiệm vụ công trình:
1.Phát điện là chính, với công suất lắp máy N=150MW
2.Cấp nước sinh hoạt cho 10.000 dân
3.Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái.
4.Kết hợp dùng nước sau nhà máy thủy điện tưới cho 1000 ha đất canh tác

5.Phòng lũ cho hạ du
1.2.
Chọn tuyến đập và bố trí công trình đầu mối:
1.2.1. Tuyến đập:
Để cho đập làm việc ổn định, ta chọn tuyến đập có 2 vai đập cắm vào sườn núi,
và tuyến phải đi qua vùng có mặt cắt tốt để tránh lún, lật. Chọn tuyến đập phải ngắn

nhất để khối lượng đào, xây là ngắn nhất. Chọn tuyến phải thuận lợi và có khả năng thi
công dễ dàng, tiện lợi bố trí tràn, nhà máy thủy điện.
1.2.2. Chọn loại đập:
Dựa vào tài liệu địa chất và vật liệu xây dựng ta chọn đập bê tông trọng lực.
1.2.3. Bố trí tổng thể công trình đầu mối:
- Bố trí tràn: Để tránh hiện tượng gây xói lở ở 2 bên lòng sông ta bố trí tràn ở
giữa tuyến.
- Nhà máy thủy điện: Nhà máy được bố trí ở bờ trái do địa hình tương đối bằng
phẳng.
1.3.
Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1.3.1. Cấp công trình: Xác định theo 2 điều kiện
a- Theo chiều cao đập và loại nền:
MNLTK = MNDBT + Ht = 134.5 + 5 = 139.5 m
Sơ bộ chọn cao trình đỉnh đập là:
∇đỉnh đập= MNLTK + d = 139.5 + 3 = 142.5 m (chọn d = 3m)
∇đáy đập = 100 – 3.5 = 96.5 m
Chiều cao mặt cắt:
H = 142.5 – 96.5 = 46 m. Chọn H = 46 m
Tra bảng 1 – Phân cấp công trình thủy lợi của QCVN 04 – 05 : 2012, ta có cấp
công trình tương ứng là cấp II.
b- Theo nhiệm vụ của công trình:
Công trình có nhiệm vụ chính là phát điện với công suất chính là 150.000 KW.
Tra bảng 2.1. Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ của TCXDVN 285 :
2002, ta có cấp công trình chính là cấp II.

5

SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 5


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

Vậy ta xác định được cấp công trình là cấp II.
1.3.2. Các chỉ tiêu thiết kế:
- Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất tính toán: P = 1% (bảng 4 QCVN 04
– 05 : 2012)
- Tần suất gió thiết kế đối với mức nước dân bình thường: P = 2% (bảng 4.3 bài
giảng công trình thủy)
- Tần suất gió thiết kế đới với mức nước lũ thiết kế: P = 25% (bảng 4.3 bài giảng
công trình thủy)
- Hệ số vượt tải: n = 1.05. (bảng B.2 QCVN 04 – 05 : 2012)
- Hệ số điều kiện làm việc: m = 0.95. (bảng B.1 QCVN 04 – 05 : 2012)
- Hệ số tin cậy: Kn = 1.15 (trang 45 QCVN 04 – 05 : 2012)
- Độ vượt cao của đỉnh đập: d = 1.5 ÷ 3m
- Độ cao an toàn a: (bảng 4.2 sách công trình thủy)
+ Mực nước bình thường: a = 1.2 m
+ Mực nước lũ thiết kế: a = 1 m
+ Mực nước lũ kiểm tra: a = 0.3 m

6
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 6

Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

2. TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP
2.1. Thiết kế Mặt cắt cơ bản:
2.1.1. Dạng mặt cắt cơ bản: Do đặc điểm chịu lực, mặt cắt cơ bản của đập bê tông
trọng lực có dạng tam giác.
MNLTK

H1
§¸y

nB

S1
L1

(1-n)B
L2

- Đỉnh mặt cắt ở ngang MNLTK:
MNLTK = MNDBT + Ht = 134.5 + 5 = 139.5 m
Ht: cột nước siêu cao
Với công trình cấp II, có P = 1% tra bảng ta có Ht = 5 m
- Chiều cao mặt cắt:
H1 = MNLTK - ∇đáy
∇đáy: Cao trình đáy được xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, sau khi
bóc bỏ các lớp tàn tích dưới lòng sông thì cao trình đáy là:
∇đáy = 100 – 3.5 = 96.5 m

Chiều cao mặt cắt: H1 = 139.5 – 96.5 = 43 m
- Chiều rộng đáy đập là B, trong đó đoạn hình chiếu của mái thượng lưu nB, hình
chiếu của mái hạ lưu (1-n)B. Trị số n có thẻ chọn trước theo kinh nghiệm (n = 0 ÷ 0,1),
sơ bộ chọn n = 0, nghĩa là mặt thượng lưu thẳng đứng. Trị số của B xác định theo các
điều kiện ổn định và ứng suất.
2.1.2. Xác định chiều rộng đáy đập:
a- Theo điều kiện ổn định:

7

Trong đó:
H1 : chiều cao mặt cắt, H1 = 43 m.
f : hệ số ma sát, f = 0.6
γ : dung trọng của đập, γ1 = 2.5 T/m3.
γn : dung trọng của nước, γn = 1.0 T/m3.

SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 7


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

α1 : hệ số cột nước còn lại sau màn chống thấm. Vì đập cao, công trình quan
trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màn chống
thấm. Trị số α1 xác định theo mức độ xử lý nền, sơ bộ có thể chọn α 1 = 0,4÷0,6, sơ bộ
chọn α1=0.5; α1 sẽ được chính xác hóa bởi việc tính toán xử lí nền sau này.
- Kc: hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định cho

các quy phạm mới, ổn định của công trình được đảm bảo khi:
(*)
Trong đó:
nc : hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1.
m : hệ số điều kiện làm việc, m = 0.95.
Kn: hệ số tin cậy, Kn = 1.15.
Ntt và R lần lượt là già trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và lực chống
giới hạn.
Có thể viết (*) dưới dạng:

So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi:
=

= 1.211

→
b- Theo điều kiện ứng suất::

=
c- Chọn B:
Để thỏa mãn đồng thời cả 2 điều kiện ổn định và ứng suất, chọn
B = max( 43.4 ; 30.41) m = 43.4 m. Chọn B = 45 m
Như vậy, mặt cắt cơ bản của đập như sau:

8
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 8

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

43

Đồ án Công Trình Thủy

45
2.2.

Mặt cắt thực dụng đập không tràn: Tại mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ sung
một số chi tiết ta được mặt cắt thực dụng.
2.2.1. Xác định cao trình đỉnh đập:
Cao trình đỉnh đập được xác định theo 2 điều kiện :
a) Theo MNDBT:
∇đ1 = MNDBT + ∆h + ηs + a
Trong đó:
- ∆h: Độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất

Trong đó:
V: vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 32 m/s.
D: đà gió ứng với MNDBT, D = 3800 m.
H: chiều sâu nước trước đập ứng với:
H = MNDBT - ∇đáy = 134.5 – 96.5 = 38 m.
αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, αs = 00.
→
- ηs: Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất.
ηs = kηs.h
Trong đó:
kηs: tra đồ thị hình P2-4.
h: chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng.

Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: H >
Từ P = 2% → v = 32 (m/s). Giả sử sóng nước sâu, sơ bộ giả sử thời gian
gió thổi liên tục là 6h.
Ta có:
=

và

9
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 9


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

Tra bảng PL (2 – 1)

Ta chọn cặp giá trị

= 1.21 ;

= 0.011

→

Bước sóng trung bình được xác định theo công thức:

Kiểm tra: H = 38 m >

= 12.162 m. Vậy giả thiết sóng nước sâu là

đúng.
Tra đồ thị P2-2 ứng với
→ h1% = K1%.

, ta có: K1% = 2.08
= 2.08 × 1.148 = 2.388 (m)

Tra đồ thị P2-3 ứng với
và
Ta có: Kηs = 1.22
→ ηs = Kηs.h = 1.22 × 2.388 = 2.913 (m)
→ ∇đ1 = MNDBT + ∆h + ηs + a = 134.5 + 0.021 + 2.913 + 1.2 = 138.634 (m)
b) Theo MNLTK:
∇đ2 = MNLTK + ∆h' + ηs' + a'
Trong đó:
- ∆h': độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất.

Trong đó:
V': vận tốc gió bình quân bé nhất ứng với tần suất P = 25%, V' = 15.5
m/s.

10

D': đà gió ứng với MNLTK, D' = 3800 + 500 = 4300 m.
g: gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s2.

SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 10


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

H’: chiều sâu trước đập, H’ = MNLTK- ∇đáy = 139.5 – 96.5 = 43 m.
αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, αs = 00.
→
.
- η’s: độ dềnh cao nhất của sóng xác định với vận tốc gió tính toán bé nhất
η's = kη's.h
Trong đó:
kη's: tra đồ thị P2-4.
h: chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng
: H’ >

Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu
Từ P = 25%
v = 15.5 (m/s). Giả sử sóng nước sâu, sơ bộ giả sử thời
gian gió thổi liên tục là 6h.
Ta có:
và

Ta chọn cặp giá trị

;

.

Từ đó ta tính được:

Bước sóng trung bình được xác định theo công thức:
m
Kiểm tra: H’ = 43 m >

= 6.386 m. Vậy giả thiết sóng nước sâu là

đúng.
Tra đồ thị P2-2 ứng với

ta có: K1% = 2.1

11
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 11


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi
→ h1% = K1%. = 2.1×0.563 = 1.182 m

Tra đồ thị P2-4a ứng với
và
→Kηs = 1.21

→ η’s = Kηs.h = 1.21×1.182 = 1.43 m
→∇đ2 = MNLTK + ∆h' + ηs' + a' = 139.5 + 0.0049+ 1.143 + 1 = 141.648 m .
c) Theo MNLKT:
∇đ3 = MNLKT + a”
→∇đ2 = MNLKT + a” = (139.5+1) + 0.3 = 140.8 m .
Vậy chọn cao trình đỉnh đập ∇đ = max(138.634; 141.648; 140.8) = 142 m.
Chọn ∇đ = 142 m
Chiều cao đập:
P = ∇đ đập - ∇đáy= 142 – 96.5 = 45.5 m .
2.2.2. Bề rộng đập:
Do yêu cầu xây dựng không có nhu cầu về giao thông lớn nên ta co thể chọn bề
rộng đỉnh đập theo yêu cầu cấu tạo, ở đây ta chọn b = 6m.
2.2.3. Bố trí các lỗ khoét:
Các hành lang (lỗ khoét) trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong
thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sửa chửa; hành lang ở gần nên để sử dụng phụt
vữa chống thấm.
Theo chiều cao đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia
15÷20m.Khoảng cách từ mặt thượng lưu đến mép trước của hành lang chọn theo điều
kiện chống thấm:
Trong đó: H là cột nước tính đến đáy hành lang.
J là ‹radient thấm cho phép của bê tông, J = 20.
Ta bố trí 3 hành lang, khoảng cách giữa các hành lang lần lượt là 15 m và 15 m.
Hành lang dưới cùng phụt vữa cách đáy 3 m, hành lang này do phải tính đến kích
thước máy khoan phụt vữa và khoảng không cần thiết cho thi công nên ta chọn kích
thước là 4x4 m. Còn 2 hành lang trên đều chọn kích thước là 2x2,5m.
Khoảng cách từ thượng lưu đến mép trước và mép sau của hành lang:
H = 40 m →

12
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 12


Đồ án Công Trình Thủy
139.5

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi
6000

142
133.77

129.5
2x2.5

114.5

99.5

2x2.5

4x4

96.5

2.3. Mặt cắt thực dụng của đập tràn:
2.3.1. Mặt cắt đập tràn: Chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không. Loại này
có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định.
Cách xây dựng mặt cắt đập như sau:

- Chọn cao trình ngưỡng tràn ngang với MNDBT = 134.5 m.
Chọn hệ trục Oxy có: trục Ox đi ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu;
trục Oy hướng xuống dưới, gốc O ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng
tràn.
Vẽ đường cong theo tọa độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn với Htk = Ht = 5m.
-

,

các giá trị được tra trong bảng (14-2)/ Bảng tính thủy lực.
(X =

.Htk, Y =

.Htk):

0

0.126

0

0.63

0.1

0.036

0.5

0.18

13
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 13


Đồ án Công Trình Thủy

-

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

0.2

0.007

1

0.035

0.3

0

1.5

0

0.4

0.007

2

0.035

1

0.256

5

1.28

1.2

0.393

6

1.965

1.4

0.565

7

2.825

1.7

0.873

8.5

4.365

2

1.235

10

6.175

2.5

1.96

12.5

9.8

3

2.842

15

14.21

3.5

3.318

17.5

16.59

4

4.93

20

24.65

4.5

6.22

22.5

31.1

Từ bảng tọa độ ta vẽ đường cong mặt đập.
Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên

hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D.
Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R.
R = (0.2 ÷ 0.5).(P + Ht) = (0.2 ÷ 0.5).( 38+ 5) = 8.6 ÷ 21.5
Chọn R = 17.2 m.
Trong đó:
+ P : chiều cao đập ứng với MNDBT, P = 38 m.
+ Ht: cột nước trên đỉnh tràn
Mặt tràn cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF trong đó:
AB: Nhánh đi lên của đường cong Ôphixêrốp (khi mặt thượng lưu đập tràn là
nghiêng, cần kéo dài đoạn BA về phía trước cho đến khi gặp mái thượng lưu tại A);
BC: Đoạn nằm ngang trên đỉnh
CD: Một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp
DE: Một đoạn của mái hạ lưu mặt cắt cơ bản
EF: Cung nối tiếp với sân sau.

14
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 14


Đồ án Công Trình Thủy
MNDBT

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi
5.00

O BC
A

x
D

38.00

O'

E
96.5

R= 17.2 m

F
45.00

y

2.3.2. Trụ pin và cầu giao thông:
Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua, nhưng để đi lại kiểm tra và
khai thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông qua đập tràn, trường hợp bề rộng
tràn lớn nên cần làm các trụ pin để đỡ cầu. Mặt trụ thượng lưu chọn là mặt tròn có R =
0.5m, dày 1m để đảm bảo điều kiện để chảy bao hợp lý. Cao trình đỉnh cầu giao thông
chọn ngang đỉnh đập, bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt đập b = 6m.

15
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 15

Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

3. TÍNH TOÁN MÀN CHỐNG THẤM
3.1. Mục đích:
Xác định các thông số cần thiết của màn chống thấm(chiều sâu, chiều dày,vị trí đặt) để
đảm bảo được yêu cầu chống thấm đề ra (hạn chế lượng mất nước, giảm nhỏ áp lực
thấm lên đáy đập).
3.2. Xác định các thông số của màn chống thấm:
3.2.1. Chiều sâu phụt vữa: S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập.
Lưu lượng tháo qua nhà máy thủy điện:
(m3/s)
Lưu lượng qua tràn:
(m3/s)
Tra quan hệ (Q~ZHL) với Qtran = 880 (m3/s) tra quan hệ Qthao~Z
→ ZHL = 104.2 m.
→ Cột nước thấm lớn nhất của đập:
H = MNLTK – ZHL = 139.5 – 104.2 = 35.3 m.
Theo quy phạm Liên Xô CH 123-60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định như
sau:
25 ≤ H ≤ 75 m tương ứng đến 0.03 l/ph. Suy ra [J] = 17.5
Từ tài liệu ép nước thí nghiệm đã cho, ta xác định được chiều sâu màn chống
thấm là: S1 = 17.5 m.
3.2.2. Chiều dày màn chống thấm:
Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn.
δ≥

=

Trong đó:
-α.H là cột nước tổn thất qua màn, α = 1 - α1 = 1 – 0.5= 0.5
(Giả thiết α1 = 0.5)
- [J] là gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn chống thấm.
Chọn δ = 1.4 m.
3.2.3. Vị trí màn chống thấm:

16
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 16


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

H1

Ðáy

δ
S1

L1

L2

Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu đập càng tốt. Nhưng để chống
thấm cho thành phần phía trước của hành lang phụt vữa cần khống chế:

l1 ≥

=

Trong đó:
- H1 là cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang
H1 = MNLTK – (∇đáy + 3) = 139.5 – 99.5 = 40 m.
- Jb là gradien thấm cho phép của bê tông, Jb = 20.
Chọn L1 = 2 m → L2 = B – L1 - δ = 45 – 2 – 1.4 = 41.6 m.
×
3.2.4. Kiểm tra trị số của α1:
Trong thiết kế sơ bộ, có thể áp dụng phương pháp của Pavơloopsxki, theo đó:
α1 =
Với:
-

p1 = γn.H

- p2 =
Từ đó:

Trong đó:

.arccos

x=

=

= 0.7 m

17
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 17


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

a=

=

b=

=

1.792

 α1
Như vậy trị số α1 giả thiết đúng.

18
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 18

Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

4. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐẬP TRÀN:
4.1. Tính toán khẩu diện tràn:
4.1.1. Công thức chung:
Tài liệu đã cho cao trình ngưỡng, cột nước lớn nhất trên tràn (ứng với tần suất thiết kế)
và lưu lượng cần tháo. Cần xác định bề rộng tràn để tháo được lưu lượng cần thiết.
Sử dụng công thức chung của đập tràn:
Trong đó:
- ε: Hệ số co hẹp bên.
- σn: Hệ số ngập, trường hợp đập tràn chảy tự do thì σn = 1
- m: Hệ số lưu lượng
- ∑b: tổng chiều dài tràn nước
- H0: Cột nước trên đỉnh tràn
- Qt: Lưu lượng tháo qua tràn.
4.1.2. Xác định các thông số:
a) Trường hợp sử dụng cả các tổ máy thủy điện để tháo lũ, Qt xác định như sau:
Qt = Q - αt.Q0
Trong đó:
Q: lưu lượng tháo lũ lớn nhất, Q = 1300 m3/s ứng với lưu lượng xả lũ lớn
nhất Htmax =5 m.
Q0: Khả năng tháo lớn nhất của nhà máy thủy điện, lấy trong trường hợp 4
tổ máy đều làm việc, Q0 = 1054 = 420 m3/s.
αt: Hệ số lợi dụng, lấy αt = 0,8.
=> Qt = 1300 – 0,8 420 = 964 m3/s
b) Hệ số lưu lượng của đập tràn:
m = σH. σhd.mtc
Trong đó:

mc: Hệ số lưu lượng của đập tràn tiêu chuẩn với đập Cơrigơ-Ôphixêrốp
loại 1, mtc = 0,504.
: Hệ số sửa chửa do cột nước thay đổi.
ta có σH = 0,9985
: Là hệ số sửa chữa do thay đổi hình dáng so với mặt
cắt tiêu chuẩn. Tra bảng ta được: σhd = 0,983.
→ m = 0,9985 0,983 0,504 = 0,495
c) Hệ số co hẹp bên ε phụ thuộc số khoang và dạng mố, xác định theo công thức:

19
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 19


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

Trong đó:
- ξmt = 0.45: hệ số co hẹp mố trụ.
- ξmb=0.7: hệ số co hẹp mố bên.
- n: số khoang.
- b: bề rộng 1 khoang.
d) Cột nước toàn phần:

Trong đó: V0 là lưu tốc tới gần, lấy V0 = 0.
→ H0 = Ht = 5 m.
4.1.3. Xác định khẩu diện:
∑b =

Giả thiết ε = 0,93 →
Chọn n = 5 → b = ∑b/n = 8.457 m.
Kiểm tra lại:
.
Giả thiết ε là chưa phù hợp.
Giả thiết ε = 0,94 → ∑b = 41.835 m → b = 8.367 m
Kiểm tra lại ε = 0.94
→ Giả thiết ε = 0.94 là phù hợp.
Vậy bề rộng một khoang tràn là b = 8.37 (m) → ∑b = 41.85 (m)
4.2. Tính toán tiêu năng:
4.2.1. Chọn hình thức và biện pháp tiêu năng:
a) Hình thức: Có thể là tiêu năng đáy hoặc tiêu năng phóng xa.
b) Biện pháp:
- Tiêu Tiêu năng đáy: Làm bể tường kết hợp
- Tiêu năng phóng xa: Làm mũi phun cuối đập tràn. Cao trình mũi phun
chọn cao hơn mực nước hạ lưu max
c) Chọn hình thức tiêu năng:
Với nền là nền đá cứng, dày vô cùng → ta chọn hình thức tiêu năng phóng xa
d) Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng:
Bđập = 2.d’ + (n-1).d + n.b = 20,5 + (5-1)1+ 58.37 = 46.85 (m)
Bề rộng phần đập tràn: Btràn = Bđập – 2d’ = 46.85 - 2×0.5 = 45.85

20
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 20


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

q=
, với αt = 0,8; Q0 = 420 m3/s
ZHL: cao trình mực nước hạ lưu, tra quan hệ Z~Q.
hh = ZHL - ∇đáy = ZHL – 96,5
E0 = P + H0 với P = 38 m.
với ϕ = 0,95 là hệ số lưu tốc ở cửa ra của bể.
: Tra bảng phụ lục 15-1, bảng tra thủy lực.
hc’’ =

.E0
BẢNG LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG

Ho
(m
)
1
2
3
4
5

ε

Qt
(m3/s)

0,9
88

0,9
76
0,9
64
0,9
52
0,9
4

90,66
6
253,3
06
459,6
31
698,8
39
964,3
46

Eo
(m
)
39
40
41
42
43

q

(m2/s
)
1,97
7
5,52
5
10,2
45
15,2
42
21,0
33

hc''
(m)
0.00
9
0.02
3
0.04
0.05
9
0.07
9

0.083 3.228
0.134 5.359
0.176 7.217
0.212 8.887
10.44

0.243
8

Q
(m3/s)

Zhl
(m)

hh
(m)

hc''-hh
(m)

426.66
6
589.30
6
795.63
1
1034.8
39
1300.3
46

103.3
17
103.6
49

103.9
93
104.5
87
105.2
51

6.8
17
7.1
49
7.4
93
8.0
87
8.7
51

3.588

Vậy lưu lượng tính toán tiêu năng là Qt = 964.346 m3/s; hc''-hh = 1.697 m

21
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 21

-1.79
0.276
0.8

1.697


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

4.2.2. Tính toán cho hình thức tiêu năng phun xa:
Đặc điểm tiêu năng phun xa là lợi dụng hình thức phun ở chân đập để dòng
chảy có lưu tốc lớn phóng xa ra khỏi chân đập. Dòng chảy được khuếch tán trong
không khí sau đó đổ xuống lòng sông và giảm ảnh hưởng nguy hại đến an toàn
đập. Với hình thức này, năng lượng được tiêu hao ở không khí và một phần ở
lòng sông. Dòng chảy phóng xuống hạ lưu và gây ra hố xói có độ sâu nhất định
thì năng lượng thừa của dòng chảy được tiêu hao hoàn toàn bằng ma sát nội bộ,
do đó chiều sâu nước hạ lưu càng lớn thì càng giảm xói lở ở dòng sông.
Điều kiện: đỉnh mũi phun phải cao hơn mực nước lớn nhất tại hạ lưu, chiều
cao cột nước trước đập đủ lớn để tạo ra dòng phun phóng xa và mực nước hạ lưu
đủ lớn để hố xói không quá sâu. Với đập tràn có cột nước cao và địa chất nền tốt
thì sử dụng tiêu năng phun xa là hợp lý và kinh tế.
Để đạt hiệu quả tiêu năng cao thì chiều dài phóng xa phải lớn. Tuy nhiên, ta
lại muốn mức độ xói lở ít. Thực tế chiều dài càng lớn thì hố xói càng sâu, do đó
trong thiết kế ta chọn dx/L nhỏ nhất (dx là chiều sâu hố xói, L khoảng cách từ đáy
hối xói đến chân đập)
Chọn cao trình mũi phun : ∇mũi phun = Zhl + a
= 105.25 + 2= 107.25
Bán kính cong của ngưỡng phun: 6hc ≤ R ≤ 10hc (hc: độ sâu cột nước tại
mặt cắt co hẹp trên mủi phun) → Chọn sơ bộ R=8m
Góc nghiêng của mũi phun: α = 30º
 Tính sơ bộ độ sâu cột nước tại mặt cắt co hẹp trên mủi phun:
I

5.00

MNDBT

OBC
A

x
D

38.00

O'
E

9.69

96.5

II
II

F

MNHL
10.75

8.75

45.00

I

y

Viết phương trình Becnulli cho mặt cắt I-I và II-II: Chọn mặt cắt chuẩn tại đáy đập:

Trong đó:

22
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 22


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

Z1 = 43m; Z2 = 9.69 + hc
P1d = P2d = 0 (Tiếp xúc với khí trời)
v1 = 0 (Không đáng kể)
hw1-2 = 0 (Nếu bỏ qua)
α=1

→
→ hc = 0.815 (m)
Vậy R thỏa mãn điều kiện: 6hc ≤ R ≤ 10hc
a) Tính vận tốc và chiều cao cột nước tại mũi phun

I

5.00

MNDBT

II

dA =

2.98

θ

A

hA

II

θ = 44°
38.00

28° O'

35.02

θ

B

hB

11.95
96.5

46°

D
MNHL

C
9.69

10.75

8.75

45.00

I

42.05

+ Xác định vA, hA:
Phương trình Becnulli cho mặt cắt I-I và mặt cắt ngang đi qua A:
Chọn mặt cắt II-II làm mặt cắt chuẩn:

Nếu bỏ qua hw và

, ta được:

23
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 23


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi

Với
; dA=2,98 (m)
Qt = 964.346 (m3/s)
∑b = 41,85 (m)
H = Ht = 5 (m)
Dùng phương pháp thử dần:
hA
5
4
3
2,9
2,8
2,7
2,6
2,5
2,4
2,3
2,2

2,1
2,09
2,08
2,07
2,06
2,05

4.60858
3
5.76072
9
7.68097
2
7.94583
3
8.22961
3
8.53441
3
8.86266
9.21716
6
9.60121
5
10.0186
6
10.4740
5
10.9728
2

11.0253
2
11.0783
2
11.1318
4
11.1858
8
11.2404
5

9.273637
10.00569
10.68771
10.75354
10.81896
10.88399
10.94864
11.0129
11.07679
11.14032
11.20348
11.26629
11.27255
11.27881
11.28507
11.29132
11.29757

24

SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 24


Đồ án Công Trình Thủy

GVHD:Th.S: Lê Văn Hợi
11.2955
5

2.04
Vậy:

11.30381

hA = 2,04 m
vA = 11,3 m/s

+ Xác định vB, hB:
Phương trình Becnulli cho mặt cắt đi qua A và mặt cắt đi qua B:
Chọn mặt cắt chuẩn là đáy đập:

Trong đó:
vA = 11,3 m/s ; hA = 2,04 m ;
lAB = (zA – zB) × sin θ = 33,2106 (m)

;

;

;
Qt = 964,346 (m3/s)
∑b = 41,85 (m)

Rtb : Bán kính thủy lực trung bình.
∆ : Độ nhám tương đối, ∆ = 0,0015 (m)

Ta có :
Dùng phương pháp thử dần:

hB
2.04
2

11.2955
5
11.5214
6

Rtb

λ

vB

1.858785

0.003619

23.93327

1.842152

0.003626

23.94

25
SVTH: Nguyễn Nhật Cường – Lớp 12THXD

Trang 25