Đồ án thủy công 1 Thiết kế đập đất

ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG
VỀ CÔNG TRÌNH VÀ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN
I. Nhiệm vụ công trình.
Xây dựng hồ chứa nước trên sông với các nhiệm vụ chính là:
1. Cấp nước tưới cho 5000 ha ruộng đất canh tác
2. Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân
3. Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái.
4. Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N= 1000KW
II. Các công trình chủ yếu ở khu 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 đất.
2. Công trình tràn tháo lũ với 2 phương án có thể lựa chọn là Đường tràn dọc hoặc
máng tràn ngang; Tràn hoạt động theo kiểu tràn tự do.
3. Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở đặt dưới thân đập đất để lấy nước
phục vụ tưới.
III. Các tài liệu cơ bản dùng để thiết kế.
1. Tài liệu địa hình.
2. Tài liệu về vật liệu xây dựng.
3. Các đặc trưng của hồ chứa.
4. Tài liệu phục vụ việc thiết kế cống lấy nước.
IV. Phân tích chọn tuyến đập và tuyến cống lấy nƣớc.
Việc chọn tuyến xây dựng công trình phải dựa vào bình đồ khu vực cần xây dựng
công trình và kết quỏ trình khảo sỏt tỡnh hình địa chất của khu vực:
+ Về mặt địa hình : cần phải cố gắng chọn tuyến hẹp để giảm được khối lượng
đắp đập chính nhưng củng phải cần quan tâm đến tuyến đập phụ (nếu có) để tổng khối
lượng của cả công trình là nhỏ nhất.
Ngoài ra cần phải tìm cách để giảm diện tích mặt hồ (nếu có thể được) để cho

diện tích ngập lụt nhỏ nhất để giảm thiệt hại và lượng bóc hơi mặt thoáng.
Tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc bố trí đường tràn tháo lũ và giá thành
đường tràn tháo lũ là rẻ nhất, hạn chế dòng chảy theo mái đập và thuận lợi cho việc bố trí
các công trình nối tiếp ở hạ lưu cùng với các công trình trong hệ thống.
+ Về mặt địa chất chọn tuyến có nền đồng chất và vững chắc không có nứt gãy
lớn, các chỉ số , C lớn, hệ số thấm bộ, chiều dày tầng thấm nhỏ.
+ Về điều kiện thi công : tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc dẫn dòng thi
công, giao thông đi lai vận chuyển vật liệu thi công và máy móc thiết bị thi công dể dàng
thuận lợi.
V. Phân tích chọn loại đập.
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và căn cứ vào vật liệu xây dựng đó đã nêu ở
trên ta thấy điều kiện điều kiện về vật liệu xây dựng rất thuận lợi để tiến hành xây dựng
SVTH:

Trang 1


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

đập đất, ta chọn loại hình đập là đập đất để hạ giá thành sản xuất, và tận dụng được
nguồn vật liệu địa phương, rút ngắn thời gian thi công.

SVTH:

Trang 2


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

PHẦN II: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
I. CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ
1. Cấp công trình:
a. Theo chiều cao công trình và loại nền :
Cao trình đỉnh đập: Zđỉnhđập = MNDGC + d = 189,3 + 2 = 191,3 (m)
(chọn d = 2m)
Vậy chiều cao đập H = Zđỉnhđập - Zđáyđập = 191,3 - 150,0 = 41,3 (m)
Tra bảng P1-1  Công trình cấp II
b. Theo nhiệm vụ của công trình: Tra bảng P1-2
Tưới cho 5000 ha: công trình cấp III.
Phát điện với công suất 1000 kW: công trình cấp IV.
So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp II
2. Chỉ tiêu thiết kế:
Từ cấp công trình xác định được:
- Lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế, kiểm tra công trình (bảng 4.2
TCXDVN 285:2002)
- Tần suất thiết kế: P = 0,5%
- Tần suất kiểm tra: P = 0,1%
- Hệ số tin cậy kn : Tra bảng P1-6 ta có kn = 1,20
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (QPTL C1-78), các mức đảm bảo
sóng. (Bảng P2-1)
MNDBT : P = 2%
MNDGC: P = 25%
- Theo quan hệ tài liệu : Vận tốc gió tính toán với mức bảo đảm P%
P = 2%  v = 32m/s : MNDBT
P = 25%  v = 15,5m/s : MNDGC
- Độ vượt cao của đỉnh đập trên đỉnh sóng ( Chiều cao an toàn a)

ứng với MNDBT : a = 1,2 m
MNDTK: a = 1,0 m
MNLKT: a = 0,3 m
II. Xác định kích thƣớc cơ bản của đập đất .
1. Đỉnh đập
SVTH:

Trang 3


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

1.1.

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

Cao trình đỉnh đập

Khi thiết kế đập cần xét điều kiện không cho nước tràn qua đỉnh đập trong mọi
trường hợp làm việc; mặt khác đập không quá cao để đảm bảo điều kiện kinh tế. Để
quyết định chọn cao trình đỉnh đập nên tiến hành tính toán trong hai trường hợp sau.
-

Tương ứng với MNDBT ở thượng lưu có xét tới chiều cao sóng leo và nước
dềnh do gió lớn nhất tính toán.

Z1= MNDBT + h + hSL + a
-

Tương ứng với MNDGC ở thượng lưu (Khi xả lưu lượng lũ lớn nhất tính

toán) đồng thời có xét tới chiều cao sóng leo lên mái đập và nước dềnh do gió
bình quân lớn nhất (Không kể hướng )

Z2 = MNDGC + h ’ + hsl’ + a’
-

Tương ứng với MNLKT ở thượng lưu

Z3 = MNLKT + a”
Trong đó
+ h , h ’: Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn
nhất
+ hsl, hsl’ : Chiều cao sóng leo (Có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn
nhất và gió bình quân lớn nhất .
+ a, a’ và a” : Độ vượt cao an toàn (tra bảng 4-1 14TCN 157-2005).
Cao trình đỉnh đập được lấy tương ứng với trường hợp bất lợi nhất trong 3 trường
hợp trên . Ngoài ra đỉnh đập không được thấp hơn mực nước lũ kiểm tra (Với tần suất lũ
kiểm tra được xác định theo quy phạm) .
a). Xác định Δh, hsl ứng với gió lớn nhất V :
* Xác định h : h = 2.10-6.
Trong đó:

V 2 .D
. cos  S (m)
g.H

V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với p = 2%: v= 32(m/s)

D - Đà sóng ứng với MNDBT: D=4,7.103 (m)
g- Gia tốc trọng trường (m/s2) g = 9,81 (m/s2)

H- Chiều sâu nước trước đập (m)
H =  MNDBT -  đáy sông = 185,3 - 150 = 35,3(m).

 S - Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió.  S = 00;

SVTH:

Trang 4


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

h =

2.106.

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

322.4, 7.103
.cos 00  0, 0278(m)
9,81.35,3

* Xác định hsl:
Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
hsl(1%) = K1 . K2 . K3 . K4 . hs1%
Trong đó:
hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%.
K1,K2: các hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối và đặc trưng vật liệu gia
cố mặt đậ được tra bảng P2-3
K3: Hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m . Tra bảng P2-4

K4: Hệ số được xác định nhờ đồ thị hình P2-3 phụ thuộc vào hệ số mái
nghiêng của công trình m ; và trị số
Xác định hs1%
Giả thiết sóng là sóng nước sâu tức là : H  0,5 
gt
gD
va 2
V
V
; trong đó

+ Tính các giá trị không thứ nguyên
g : là gia tốc trọng trờng lấy g = 9,81 ( m/s2)
t : thời gian gió thổi liên tục . Lấy t = 6giờ = 21600s
V : vận tốc gió tính toán V = 32 m/s
D : chiều dàI truyền sóng ứng với MNDBT ; D = 4700 m.
Thay số ta tính đợc :

gt 9,81.6.3600

 6621, 75;
V
32
gD 9,81.4700

 45, 03
V2
322

tra đồ thị hình P2-1 ứng với đờng bao trên cùng ta được :

 gt
gh
  6621, 75  2  0, 071
V
V
(1)

 gt  3, 75

V

 gh
 gD
gh
 0, 011


45,
03


0,
011
2
 2
2

V
V
V

(3)
 Chọn cặp giá trị nhỏ nhất 

 g  1,17
 g  1,17

 V
V
Theo quy phạm ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là
Chiều cao sóng trung bình :
SVTH:

Trang 5


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

 gh   V 2 
322
h   2  .    0, 011
 1.148  m 
9,81
V   g 

chu kỳ sóng trung bình :
32
 g.  V
 

 3,817 (m)
 .  1,17 
 V  g

9,81

Bước sóng trung bình xác định theo công thức sau :
g 2 9,81.3,8172


 22, 75(m) vậy so sánh ta có :
2
2

H = 35.3 m ; 0,5. = 0,5.22,75 = 11,375 m suy ra
H > 0,5 giả thiết là đúng, vậy sóng là sóng nước sâu
Chiều cao sóng ứng với mực nớc đảm bảo 1% xác định theo công thức sau:
hs1%=K1%. h
h : chiều cao sóng trung bình
K1% tra theo đồ thị P2-2
với :

gD
 45,03; P  1% tra phụ lục P2-2 suy ra K1% = 2,1
V2

chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P=0,5% là :
hs1% =K1%. h = 2,1x1,148 =2,41 (m)
tra các hệ số K1 ,K2 ;
chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá lát bình thờng suy ra  =0,02 (m) vậy


0, 02

 0, 0073 tra bảng P2-3 suy ra giá trị K1 = 1 ; K2 =0,9
hs1% 2, 74
K3 giả thiết hệ số mái m = (3- 5) ; V =32m/s tra bảng P2-4 ta đợc K3 =1,5
Tra K4 :

ta có


hs1%



22, 75
 9, 440 tra trên đồ thị hình P2-3 suy ra K4=1,05
2, 41

K :  =0 tra bảng P2-6 suy ra K=1
vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
hsl1% = K1.K2.K3.K4.K.hs1%=10,91,5.1,05.1.2,41 = 3,42 (m)
Vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :
Z1 = MNDBT + h + hsl + a =
Z1 = 185,3 + 0,0278 + 3,42 +1,2 = 189,9 (m)
b). Xác định h’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’
* Xác định h’
h’ được xác định theo công thức sau:
h '  2.10 6

V' 2 D '
cos  '
'
gH

trong đó
V’ : vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P25% suy ra V’ = 15,5 m/s
SVTH:

Trang 6


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

D’ đà sóng ứng với MNLTK
D’ = D + 0.5km = 4700 + 500 = 5200 (m)
H’ chiều sâu nước trứơc đập ứng với MNLTK
H’ = MNLTK - Zđáyđập= 189.4 - 150 = 39,4 m
 s góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hớng thổi của gió
tính toán cho trờng hợp bất lợi nhất , lấy  ‘s = 0 => cos ‘s =1
Thay các số vào công thức ta tính đợc h’
h'  2.106

2
V'2 D'
'
6 15,5 .5200
cos



2.10
.
 0, 0065 (m)
gH '
9,81.39, 4

Xác định hsl’ :
theo QPTL C178 , chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% đợc tính như sau :
hsl1%’ = K1’ .k2’ .K3’.K4’ K ‘s.hsl’
hsl’1% : chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% được tính với trường hợp gió bình quân
lớn nhất V’= 15,5m/s
K1’ ,K2’ : các hệ số tra ở bảng P2-3 phụ thuộc vào đặc trng lớp gia cố mái và và độ
nhám tương đối trên mái  = 0,02
K3’ Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-5 phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái K4’ : hệ số tra
ở đồ thị hình P2-8 phụ thuộc vào trị số mái m và tb/hsl1%
K ‘s : hệ số phụ thuộc vào s’ tra ở bảng P2-8
Xác định hsl1%’ theo qptl c1-78
Giả thiết trờng hợp đang tính là sóng nước sâu ( H’  0,5 ’ )
tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :
gt 9,81.6.3600

 13670, 7
V'
15,5
gD ' 9,81.5200

 212,33
V '2

15,52

(1) 

(2) 

(1)

(2)

 gt
gh
  13670, 7  2  0,11
V'
V'

g

 4,8

V'

 gD '
gh
 2  212,33  2  0,024
V '
V'

g


 1,92

V'

Ta lấy trị số nhỏ nhất trong (1) và (2), ta được trị số trong cặp (2).

SVTH:

Trang 7


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

0, 032.V '2 0, 024.15,52
h' 

 0, 612(m)
g
9,81
 '

1,92.V ' 1,92.15,5

 3, 034 (s)
g
9,81

'

g. '2 9,81.3, 0342

 14,372(m)
2.
2

Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 '
H’ =39,4 > 0,5. 14,372 = 7,186(m). Vậy thoả mãn điều kiện giả thiết.
Tính h’s1% = K1%.hs’
Trong đó:
Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng
g.D '
 212,33
V '2

 K1% = 2.12
h’s1% =2,12.0,47 =0,9964 (m)
- Hệ số K1, K2 tra ở bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái. Lấy = 0,02




0, 02

 0, 02  K’1 = 0,90 ; K’2 =0,80
h 's1% 0,9964

- Hệ số K’3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
- Chọn sơ bộ hệ số mái: m= (3-5)

- Tra bảng P2-4 bằng cách nội suy ta được  K’3 = 1,32
(20 m/s > Vgió = 12 m/s > 10m/s)
- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

'
h ' S 1%

Ta có:  '  14,372  14, 424  K’4 = 1.3
h 'S1%

0,9964

h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4. K ‘s.h’s1% = 0,9.0,8.1,32.1,3.1.0,9964= 1,23 (m)
Vậy Z2 = MNDGC + h ’ + h’sl + a’
SVTH:

Trang 8


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

= 189,3+ 0,0065 + 1,23 + 1,0 = 191,5 (m)
Tính Z3 = MNLKT + a”
Z3 = 190,3 + 0,3 = 190,6 (m)
Chọn cao trình đỉnh đập: Zđỉnhđập >= max(Z1; Z2; Z3) = max(189,9 ; 191,5 ; 190,6)
Lấy tròn Zđỉnhđập = +192,0 (m)
Tính lại H = Zđỉnhđập - Zđáyđập = 192,0 - 150 = 42 (m)
1.2.

Bề rộng đỉnh đập B

Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cấu tạo, theo điều kiện giao thông và
quốc phòng .
Khi sử dụng đỉnh đập làm đường giao thông thì chiều rộng định phải xác định theo
các quy định của giao thông, có xét tới nhu cầu quản lý khai thác.
Khi không sử dụng đỉnh đập làm đường giao thông thì chiều rộng đỉnh phải xác định
theo kích thước của các máy móc dùng trong xây dựng và quản lý, đảm bảo đi lại thuận
lợi cho công cụ vận chuyển cầu trục thi công. ở đây vì đập không có yêu cầu giao thông
nên B = 6 (m)
2. Mái đập và cơ đập
2.1.

Mái đập

Độ dốc mái đập là cotang góc nghiêng so với mặt nằm ngang. Độ dốc mái đập
phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất nền v.v...Khi thiết kế phải
qua tính ổn định để chọn mái.
Mái dốc của đập có thể sơ bộ như sau:
Mái thượng lưu: chọn m1 = 4,0
Mái hạ lưu :

chọn m2 = 3,5

Mái thượng lưu thoải hơn mái hạ lưu chủ yếu vì nó thường xuyên bão hoà nước
và chịu tác dụng của sóng, gió......

SVTH:

Trang 9


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

Cơ đập

2.2.

Đập có chiều cao H = 42 (m) , nên ta sẽ bố trí cơ đập ở phía dưới mái hạ lưu. Độ
cao giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10 - 25m. Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông
và thi công. Chọn BCƠ = 3 m
Mái thượng lưu:
150 đến 165 chọn m = 4,5
165 đến 180 chọn m = 4,0
180 đến 192 chọn m = 3,5
Mái hạ lưu:

160 đến 175 chọn m = 3,75
175 đến 192 chọn m = 3,25

3. Thiết bị chống thấm
Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bị
chống thấm cho thân đập và nền.
- Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T ) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập
và cho nền thích hợp sau:
+ Chống thấm kiểu tương nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm).
+ Chống thấm kiểu tờng lõi + chân răng

- Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phơng án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu tờng
nghiêng + sân phủ.
Theo đề bài cho tầng thấm T=17m > 10 m. Ta chọn phơng án: Dùng thiết bị chống
thấm kiểu tờng nghiêng +sân phủ.
Trong trường hợp này hợp lý nhất là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + Sân
phủ .
Sơ bộ chọn các kích thước như sau
3.1. Tƣờng nghiêng
a). Chiều dày tƣờng nghiêng
- Trên đỉnh : thường 1  0,8 m. Chọn 1 = 1,0m
Dưới đáy : Thường  2 

H
J 

Trong đó: H là cột nước chênh lệch trước và sau tường
J  - gradien thấm cho phép của vật liệu làm tường
Tính được  2 = 6m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng : Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu.
3.2. Sân phủ
Sân phủ (Sân trước) được bố trí ở phía thượng lưu tiếp giáp với bản đáy. Nó có
tác dụng nhiều mặt, nhưng chủ yếu là giảm lưu lượng thấm và giảm áp lực thấm lên bản
đáy công trình. Kết cấu và kích thước sân phủ phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau : ít
thấm nước, có tính mềm, dễ thích ứng với các biến hình của nền, dùng một loại vật liệu.
Các kích thước cơ bản của sân trước như sau:
SVTH:

Trang 10

ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

a). Chiều dài sân (LS):
Được xác định theo các yêu cầu kinh tế và kĩ thuật. Thường sơ bộ định trước L S ,
Sau đó tính toán thấm và ổn định công trình, dựa vào các kết quả tính toán này để
điều chỉnh lại LS cho hợp lý.
Công thức kinh nghiệm sơ bộ định LS như sau :
LS = (3  5) H ; H là độ chênh cột nước trước và sau công trình. Lấy trường hợp
bất lợi nhát H là cột nước lớn nhất ứng với trường hợp hạ lưu không có nước;
thượng lưu ứng với MNLKT.
H = MNLTK - ZĐáyđập = 189,3 – 150,0 = 39,3 (m)
LS = 4 . 39,3 = 157,2 (m)
Lấy Ls = 160 m
- Để tránh biến dạng thấm cho lõi giữa và tường nghiêng tại mặt tiếp xúc khi J lớn
cần có lớp quá độ xây dựng theo nguyên tắc tầng lọc ngược ở hai mặt thượng và
hạ lưu của tường và lõi.
- Với tường nghiêng phải có một lớp bảo hộ ơ thượng lưu để trành nứt nẻ do thay
đổi nhiệt độ, cần có lớp bảo vệ bằng cát hoặc sỏi cuội với chiều dày không nhỏ
hơn 1m. Mái tường nghiêng phải đảm bảo ổn định trượt cho cả tường nghiêng
và lớp bảo vệ.
- Nếu đập được xây dựng trên nền đất không thấm nước hoặc ít thấm thỡ lõi giữa
hoặc tường nghiêng phải chôn sâu vào nền một độ sâu lớn hơn 0,5 m để chống
thấm tiếp xúc.
- Nếu đập được xây dựng trên nền đá không thấm nước thì vật chống thấm phải
nối tiếp với nền bằng gối bê tông.
b). Chiều dày sân phủ
- Mặt trên của sân phủ phủ một lớp sạn dày 1m để đảm bảo sân trước khi thi
công hoặc tháo nước trong hồ không bị nứt nẻ.

- ở đầu t1  0,5; chọn t1 = 3,0m
-

ở cuối t2 

H
; chọn t2 = 6m
J 

4. Thiết bị thoát nƣớc thân đập
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập
4.1. Đoạn lòng sông : Hạ lƣu có nƣớc
- Chiều sâu nước ứng với MNHL Max và MNHL TB
HHLmax = MNHLmax – Zđáyđập = 158,5 – 150,0 = 8,5 (m)
HHLmin = MNHLBT – Zđáyđập = 156,5 – 150,0 = 6,5 (m)
- Chọn thiết kế thoát nước kiểu lăng trụ . Cao trình lăng trụ cao hơn mực nước hạ
lưu lớn nhất, đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hoà không đổ ra mái hạ lưu;
để đạt được điều này, thường độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu
max phải bằng 1  2 (m). Chọn bằng 1,5 m. Bề rộng đỉnh lăng trụ thường  2 (m).
Chọn bằng 3 (m). Mái trước và sau lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá. (m’1
= 1,25 ; m’2 = 1,5).
HLT = HHLmax + 1,5 = 8,5 + 1,5 = 10,0 (m)
SVTH:

Trang 11


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

ZLT = Zđáyđập + HLT = 150,0 + 10,0 = 160,0 (m)
Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược.
4.2. Đoạn sƣờn đồi
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước; sơ đồ đơn giản nhất có thế chọn là
thoát nước kiểu áp mái
+192.0
ÂÈNH ÂÁÛP

200
190

m=3.5

170
160

180

3m

m=4.0

m=4.5

190

m=3
.25

3m

180

200

m=3
.75

3m
+150.0
ÂAÏY ÂÁÛP

170
3m
5
.2
=1
m

m=
1.5

150

SVTH:

Trang 12

160

150


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

PHẦN III - TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT VÀ NỀN
I. NHIỆM VỤ VÀ CÁC TRƢỜNG HỢP TÍNH TOÁN
Nhiệm vụ tính thấm.
- Xác định đường bão hòa trong thân đập và các bờ vai đập (để xác định áp lực
thấm khi tính ổn định đập)
- Lưu lượng nước thấm qua đập, nền và vai đập
- Gradient của dòng thấm trong thân đập và nền (để xác định độ bền thấm của
đập và nền)
1. Các trƣờng hợp tính toán.
a. Đối với mái hạ lƣu.
- Ở thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước lớn nhất có thể - THCB.
- Ở thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước ứng với Qxả thiết kế – THCB.
- Ở thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là mực nước ứng với Qxả kiểm tra – THĐB.
- Ở thượng lưu là mực nước dâng bình thường, hạ lưu là MNTB trong thời kỳ
cấp nước – THĐB.
b. Đối với mái thƣợng lƣu.
- Ở thượng lưu là MNLTK rút xuống đến mực nước khai thác ổn định (MNC),
hạ lưu tương ứng với Qxa thiết kế -THCB.
- Ở thượng lưu là MNLKT rút xuống đến mực nước khai thác ổn định (MNC),
hạ lưu là mực nước ứng với Qxa kiểm tra- THĐB.
- Ở thượng lưu là MNDBT rút xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho đập
khi có nguy cơ sự cố, mực nước hạ lưu tương ứng với Q max khi tháo nước từ
hồ(THĐB).

2. Các mặt cắt tính toán: yêu cầu tính với 2 mặt cắt đại biểu
- Mặt cắt lòng sông (chỗ tầng thấm dày nhất)
- Mặt cắt vai đập (đập trên nền không thấm)
II. Tính toán cho các trƣờng hợp.
A. Trƣờng hợp 1: Thƣợng lƣu là MNDBT ; hạ lƣu là MNHLBT
1. Tính toán cho mặt cắt lòng sông.
Theo tài liệu mặt cắt lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bị thoát nước chọn loại lăng
trụ. Vì hệ số thấm của tường nghiêng nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số thấm của nền
và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp giải gần đúng Pavlopxi: bỏ qua lưu
lượng thấm ở tường nghiêng – sân phủ.
1.1. Xác định lƣu lƣợng thấm.
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a0, ta có hệ phương
trình sau để xác định q và h3.

SVTH:

Trang 13


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

q  Kn .

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

(h1  h3 )T
0, 44.T  Ls  m1h3

h32  h2 2
(h3  h2 )T

q  Kd .
 Kn .
2( L  m1h3 )
L  m1.h3  0, 44T  m '.h2
Trong đó:
q – lưu lượng thấm
Kd – hệ số thấm của đập (Kđ = 10-6 m/s)
Kn – hệ số thấm của nền (Kn = 10-5 m/s)
h1 – cột nước trước đập.
h1 = MNDBT – Zđáy đập = 185,3 – 150,0 = 35,3 (m)
h2 – cột nước sau đập.
h2 = MNHLbt - Zđáy đập = 156,5 – 150,0 = 6,5 (m)
T – bề dày tầng thấm (T = 17 m)
m 1 – hệ số mái thượng lưu đập (m1 = 4,0)
m2 – hệ số mái hạ lưu đập (m2 = 3,5)
m’ – hệ số mái thượng lưu VTN (m’ = 1,25)
L – chiều dài đáy đập (L = 267,194 m)
Ls – chiều dài sân trước (Ls = 160,0 m)
Từ đó, tính được:

q  105.

q  106.

(35,3  h3 ).17, 0
;
0, 44.17, 0  160, 0  4, 0.h3

h32  6,52
(h3  6,5).17,0

 105.
2(267,194  4,0.h3 )
267,194  4,0.h3  0, 44.17,0  1, 25.6,5

Giải hệ bằng phương pháp thử dần (dùng MS. Excel)
h3 = 18,72 m
q = 1,163.10-5 m3/s
1.2.
SVTH:

Phƣơng trình đƣờng bão hòa.
Trang 14


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

Phương trình đường bão hòa trong hệ trục tọa độ như trên hình (1-1) có
dạng:

h32  h22
Y h 
x
L  m1.h3
2
3

18, 722  6,52
x =

 Y = 18, 72 
267,194  4, 0.18, 72
2

350, 4384  1,6025x

x

0

20

40

60

80

100

Y

18.72

17.84

16.92

15.94

14.90

13.79

x

120

140

160

180

192.314

Y

12.57

11.23

9.70

7.87

6.50 = h2

1.3. Kiểm tra độ bền thấm
Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo

được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập và nền).
Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra
hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hoặc nền.
a. Với thân đập
Cần đảm bảo điều kiện:

J dK  J K d

Trong đó:

J Kd 

h3  h2
18, 72  6,5

 0, 0635
L  m1h3 267,194  4, 0.18, 72

[JK]d Tra trong bảng P3-3, với loại đất là đất sét.
d
[JK]d = 1,10  J K  J K d Thoả mãn điều kiện thấm của đập

b. Với nền đập.
Cần đảm bảo điều kiện:

J nK  J K n

Trong đó:

J Kn 

h1  h2
35,3  6,5

 0, 0664
LS  L  0,88T  m ' h2 160  267,194  0,88.17  1, 25.6,5

[JK]n Tra trong bảng P3-2 => [JK]n = 0,8
SVTH:

Trang 15


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

J nK  J K n Thoả mãn điều kiện thấm của nền đập



y

35,3

35.300

42,0
m = 3.5

m = 4.0

6,5

18.720

0,0

17.000
160.000

267.194

2. Tính thấm cho mặt cắt sƣờn đồi.
Với lưu lượng đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm, hạ
lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái.
Tính lƣu lƣợng thấm.

2.1.

Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, a0 được xác định từ
hệ phương trình sau.
Lưu lượng thấm qua tường
q  K0

h12  h 32  Z02
(1)
2. sin 

Lưu lượng thấm qua thân đập

q  Kd

h 32  a 02
(2)
2L  m1h 3  m 2a 0 

Lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu.
q  Kd

a0
(3)
m 2  0,5

Chọn mặt cắt sườn đồi tính toán tại cao trình : +170 m
Trong đó:
-q

: Lưu lượng thấm .

- Kd

: Hệ số thấm của đập (Kd = 10-6m/s)

- K0

: Hệ số thấm của vật liệu làm tường nghiêng (K0 = 10-9m/s)

- h1

: Cột nước trước đập.

h1 = MNDBT – Zmặtcắt = 185,3 - 170 =15,3(m)

- sin α = 0.2425
- m1
SVTH:

: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m1 = 4,0)
Trang 16


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

- m2

: Hệ số mái dốc mái hạ lưu. (m2 =3,5)

-L

: Chiều dài đáy đập (L = 156,569 m)

-  : Chiều dày trung bình tường nghiêng.( = 3,5 m )
- Z0 = .cos = 3,5x0,9701 = 3,3955 (m)
Thay các giá trị vào hệ phương trình ta có:
2
2
2

9 15,3  h3  3,3955

q  10
2.3,5.0, 2471

h32  a02

6
q

10

2 156,569  4, 0.h3  3,5.a0 


a0
q  106
3,5  0,5


Giải hệ bằng phương pháp thử dần ta có nghiệm:
- h3 = 5,5

(m)

- q = 1,13.10-7

(m3/s)

- a0 = 0,45

(m)

Phƣơng trình đƣờng bão hoà.
Trong hệ trục như sơ đồ thấm ta có phương trình bão hoà:
y  h 23 

2.q
2.1,137
.x  5,52 
x
Kd
106

 y  30, 25  0, 226 x

SVTH:

Trang 17


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

x

0

20

40

60

80

100

120

132.99

Y

5.50

5.07

4.61

4.09

3.49

2.77

1.77

0.45

Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt.

2.2.

J dK  J K d
Trong đó:
J Kd 

h3
4, 265

 0, 0373
L  m1.h3 127, 0  3, 0.4, 265

d
[JK]d Tra trong bảng P3-3. [JK]d = 1,10 J K  J K d Thoả mãn điều kiện thấm của đập

y
+185,3
15.300

5.500

K0

+192,0
Kâ

+170,0

0.450

132.994
156.569

SVTH:

Trang 18


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

B. Trƣờng hợp: Thƣợng lƣu là MNLTK ; hạ lƣu là mực nƣớc Max tƣơng ứng.
I. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
Theo tài liệu ở mặt cắt lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bị thoát nước chọn loại
lăng trụ. Vì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ nhỏ hơn rất nhiều hệ số thấm của
nền và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlôpxki : bỏ qua lưu
lượng thấm của tường nghiêng và sân phủ.

Sơ đồ tính thấm
Xác định lƣu lƣợng thấm.

1.1.

Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a0, ta có hệ phương trình
sau để xác định q và h3.
q  Kn.

( h 1  h 3 )T

0,44.T  L s  m1h 3

h  h2
( h 3  h 2 )T
q  Kd. 3
 Kn.
2(L  m1 h 3 )
L  m1 h 3  0,44T  m , h 2
2

2

Trong đó:
-q

: Lưu lượng thấm .

- Kd

: Hệ số thấm của đập (Kd = 10-5 m/s)

- Kn

: Hệ số thấm của nền (Kn = 10-6 m/s)

- h1

: Cột nước trước đập.
h1 = MNDGC - Zđáyđập. = 189,3-150 = 39,3 m

- h2

: Cột nước sau đập. (Với hạ lưu là mực nước Max)
h2 = MNHLmax - Zđáy đập. = 158,5 - 150 = 8,5 m

-T

: Chiều dày miền thấm. ( T = 17 m )

- m1

: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m1 = 4,0)

- m2 : Hệ số mái hạ lưu (m2 = 3,5)
SVTH:

Trang 19


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

- m'

: Hệ số mái dốc của thiết bị tháo nước.(m' = 1,25)

-L

: Chiều dài đáy đập (L = 269,694 m)

- Ls

: Chiều dài sân phủ. ( Ls = 160m)

q  105.

(39,3  h3 ).17, 0
;
0, 44.17, 0  160, 0  4, 0.h3

h32  8,52
(h3  8,5).17,0
q  10 .
 105.
2(269,694  4,0.h3 )
269,694  4,0.h3  0, 44.17,0  1, 25.8,5
6

Giải hệ bằng phương pháp thử dần. (Dùng bảng Exel)


h3 = 20,88

(m)

q = 1,248.10-5

(m3/s)

1.2.
Phƣơng trình đƣờng bão hoà
Phương trình đường bão hoà trên trục toạ độ (hình 2) có dạng:
Y  h32 



Y =

h32  h22
x
L  m1.h3

20,882 

20,882  8,52
x =
269, 694  4, 0.20,88

435,9744  1,9537x

x
0
20
40
60
80
100
Y
20.88

19.92
18.92
17.85
16.72
15.51
x
120
140
160
180
186.174
Y
14.20
12.75
11.11
9.18
8.50
1.3.
Kiểm tra độ bền thấm
Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được
nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập và nền). Ngoài
ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hang
thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hoặc nền.
a. Với thân đập
Cần đảm bảo điều kiện:

J dK  J K d

Trong đó:

J Kd 

h3  h2
20,88  8,5

 0, 067
L  m1h3 267, 694  4.20,88

[JK]d Tra trong bảng P3-3, với loại đất là đất sét.
[JK]d = 1,10
d
 J K  J K d Thoả mãn điều kiện thấm của đập

SVTH:

Trang 20


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

b. Với nền đập.
Cần đảm bảo điều kiện:

J nK  J K n

Trong đó:

J Kn 

h1  h2
39,3  8,5

 0, 071
LS  L  0,88T  m ' h2 160  267, 694  0,88.17  1, 25.8,5

[JK]n Tra trong bảng P3-2.
n
[JK]n = 0,8  J K  J K n Thoả mãn điều kiện thấm của nền đập

y

+189.3

39.300

+192,0
m=3
.5

m = 4.0

20.880

+158,5

14.0362°

+150,0

8.500

17.000
160.000

269.694

II. Tính thấm cho mặt cắt sƣờn đồi.
Với lưu lượng đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm, hạ
lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái.
Tính lƣu lƣợng thấm.

2.1.

Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, a0 được xác định từ
hệ phương trình sau.
- Lưu lượng thấm qua tường:
q  K0

-

h12  h 32  Z02
(1)
2. sin 

Lưu lượng thấm qua thân đập
h 32  a 02
(2)
q  Kd

2L  m1h 3  m 2a 0 

-

Lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu.
q  Kd

a0
(3)
m 2  0,5

Chọn mặt cắt sườn đồi tính toán tại cao trình : +170 m
Trong đó:

SVTH:

-q

: Lưu lượng thấm .

- Kd

: Hệ số thấm của đập (Kd = 10-6 m/s)
Trang 21


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

- K0

: Hệ số thấm của vật liệu làm tường nghiêng (K0 = 10-9 m/s)

- h1

: Cột nước trước đập.
h1 = MNLTK – Zmặtcắt = 189,3 - 170 =19,3(m)

- sin α = 0,2425
- m1

: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m1 = 4,0)

- m2

: Hệ số mái dốc mái hạ lưu. (m2 =3,5)

-L

: Chiều dài đáy đập (L = 156.569 m)

-  : Chiều dày trung bình tường nghiêng, ( = 3,5 m)
- Z0 = .cos = 3,5.0,9701 = 3,3955 (m)

SVTH:

Trang 22

ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

Thay các giá trị vào hệ phương trình ta có:
2
2
2

9 20,88  h3  3,3955
q  10
2.3,5.0, 0.2425


h32  a02
6
q  10
2 156,569  4, 0.h3  3,5.a0 


a0
q  106
3,5  0,5

Giải hệ bằng phương pháp thử dần ta có nghiệm:

- h3 = 6,88

(m)

- q = 1,85.10-7

(m3/s)

- a0 = 0,74

(m)

Phƣơng trình đƣờng bão hoà.

2.2.

Trong hệ trục như sơ đồ thấm ta có phương trình bão hoà:
2.q
2.1,85.107
2
y h 3
.x  6,88 
x
Kd
106
2

 y  47,3344  0,37 x

x

0

20

40

60

80

100

120

126.459

Y

6.88

6.32

5.70

5.01

4.21

3.21

1.71

0.74

2.3.

Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt.

J dK  J K d
Trong đó: J Kd 

h3
6,88

 0, 053
L  m1.h3 156,569  4.6,88

d
[JK]d Tra trong bảng P3-3. [JK]d = 1,10 J K  J K d Thoả mãn điều kiện thấm

của đập

+189.3
19.300

y

K0

+192,0
Kâ

+170,0

0.740

126.459
156.569

SVTH:

Trang 23


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

PHẦN IV – TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP
I. TRƢỜNG HỢP TÍNH TOÁN.
Theo quy định của quy phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định với các trường
hợp sau:
1. Cho mái hạ lƣu.
- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị
chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp lực cơ bản).
- Khi thượng lưu có MNLTK, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại
(tổ hợp lực đặc biệt)
2. Cho mái thƣợng lƣu.
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra(cơ bản).
- Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2Hđập) tổ hợp
lực cơ bản.
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp
lực đặc biệt)

II. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP CUNG TRƢỢT.
1. Tìm vùng có tâm trƣợt nguy hiểm.
Để giảm bớt khối lượng tính toán trước khi tính hệ số ổn định K, ta cần xác định vùng
chứa tâm trượt nguy hiểm bằng cách sử dụng kết hợp hai phương pháp:
-

Phương pháp Filennit:

Theo Filennit, tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 (hình vẽ).
Điểm M1 được xác định dựa vào các góc  và , các góc này phụ thuộc độ dốc mái
đập Bảng 6-5 giáo trình Thuỷ Công.
Trong trường hợp này:
mhạlưu = 3,5 

 = 35,5o ;

 = 25o.
-

Phương pháp Fanđeép:

Theo phương pháp này cho phép ta sơ bộ xác định được khu vực chứa tâm trượt
Lúc này tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd (hình vẽ) . Để
xác định khu vực này thì từ điểm giữa mái đập hạ lưu ( khi mái có độ dốc khác nhau thì
lấy trị số trung bình) ta kẻ một đường thẳng đứng và một đường hợp với mái dốc một góc
85o. Cũng lấy điểm đó làm tâm vẽ các cung tròn có bán kính R và r, các bán kính này phụ
thuộc vào chiều cao đập và độ dốc mái trung bình. Tra Bảng 6-6 GT Thuỷ Công
Ta có: m = 3,5 =>

r/H = 1,25 ;

R/H = 3,025 ;

Với Hđ = 42 m 
SVTH:

r = 52,5 m
Trang 24


ĐỒ ÁN THỦY CÔNG 1

GVHD: Th.S ĐỖ THỊ KIM ANH

R = 127,05 m .
Kết hợp hai phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt
nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả định các tâm O1 , O2 ,O3 ... vạch các cung
trượt đi qua điểm P1 ở chân đập, tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K1, K2 ,K3...
cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi ta xác định được trị
số Kmin ứng với các tâm O. Từ vị trí của tâm O ứng với K min đó kẻ đường thẳng NN
vuông góc với đường MM1 ,trên đường NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung cũng
đi qua điểm P1 ở chân đập, tính hệ số K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i
và vị trí tâm Oi ta xác định được trị số Kmin min ứng với điểm P1 ở chân đập.
Trong đồ án này do thời gian có hạn ta chỉ tính cho trường hợp K minmin cho một
điểm ở chân đập.
2. Xác định hệ số an toàn K cho một cung trƣợt bất kỳ
Có nhiều phương pháp tính hệ số an toàn K cho một cung trượt, điều khác nhau chủ
yếu giữa các công thức đó là cách xác định lực thấm.
Ta xét theo công thức của Ghecxevanốp: Với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn,
áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng
vào tâm.

Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b như hình vẽ. Ta có công thức tính toán
sau:

K=

 (N

n

 Wn )tgn   Cn .ln

T

n

B

R2

O1

A
R1

y

R



P



O

Nn

Q

Tn
Gn
b

Hâ

4,5.Hâ

Trong đó:
R : Là bán kính cung trượt (m)
SVTH:

Trang 25