ĐỒ án môn học THỦY CÔNG THIẾT kế đập đất đề 21b

Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THUỶ CÔNG
SỐ ĐỀ : 21B
A . TÀI LIỆU CHO TRƯỚC :
I. Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau đây:
1. Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác
2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân
3. Kết hợp nuôi cá ở lòng, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.
II. Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối :
1. Một đập chính ngăn sông.
2. Một đường tràn tháo lũ.
3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước.
III. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản :
1. Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập
2. Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ; chỉ tiêu cơ lý ở của lớp bồi tích lòng sông
cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn trắc , mức độ nứt nẻ trung bình . lớp phong hoá dầy 0,5- 1 m
3. Vật liệu xây dựng :
a) Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu:
A ( trữ lương 800.000m3 cự ly 800m )
B (trữ lượng 600.000m3 cự ly 600m )
C ( trữ lượng 1.000.000m3 cự ly 1 km ).
Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1.
Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km , trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm
b) Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn , chất lượng đảm bảo đắp đập ,

lát mái :
Một số chỉ tiêu cơ lý :  =32o ; n =0,35 ( của đống đá ) ; k = 2,5 T /m3 (của hòn đá )
SV: Lê Sĩ Cường

1

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

c) Cát , sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông ; cự ly xa nhất là 3km trữ lượng đủ làm tầng lọc
Cấp phối như ở bảng 2
Bảng1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu

ϕ (độ)

γK

k

Bão
hòa

(T/m3)

(m/s)

3,0

2,4

1,62

10-5

13

5,0

3,0

1,58

4.10-9

30

27

0

0

1,60

10-4

26

22

1,0

0,7

1,59

10-6

C (T/m2)

HS
rỗng
n

Độ
ẩm
W%

Tự
nhiên

Bão
hòa

Tự
nhiên

0,35

20

23

20

(chế bị)

0,42

22

17

Cát

0,40

18

Đất nền

0,39

24

Loại
Đất đắp đập
(chế bị)
Sét

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

d10

d50

d60

Đất thịt pha cát

0,005

0,05

0,08

Cát

0,05

0,35

0,40

Sỏi

0,50

3,00

5,00

Loại

4. Đặc trưng hồ chứa và các thông số kỹ thuật:

SV: Lê Sĩ Cường

2

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3
- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%

P%

2

3

5

20

30

50

V(m/s)

32

30

26

17

14

12

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =2,5km ; ứng với MNDGC: D’ = 2,8km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất

Đặc trưng hồ chứa
Đề

Sơ

số

đồ

D (km)

MNC (m)

Mực nước hạ lưu (m)

MNDBT (m)

Bình

Max

thường
(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

21

B

2,2

64,5

81

58

60,3

+ Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + 3 = 140 +3 = 143 (m)
B . NỘI DUNG THIẾT KẾ
I. Thuyết minh
- Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập;
- Xác định các kích thước cơ bản của đập;
- Tính toán thấm và ổn định;
- Chọn cấu tạo chi tiết.
SV: Lê Sĩ Cường

3

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

II. Bản vẽ
- Mặt bằng đập.
- Cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu);
- Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thềm sông;
- Các cấu tạo chi tiết.
BÀI LÀM
A. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
I. Nhiệm vụ của công trình:
Lưu vực của dòng sông S là một vùng đất rộng lớn. Mà nhu cầu về nước của vùng này rất
lớn. Do vậy vấn đề cấp nước cho sản xuất là rất cần thiết. Chính vì vậy ta phải tạo ra một hồ
chứa H trên sông S. Hồ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp nước tới cho 2650 ha
ruộng đất canh tác và kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, cấp nước phục vụ sinh hoạt cho 5000 dân và
tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.
Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu
mối đó là:
1. Một đập chính ngăn sông.
2. Một đường tràn tháo lũ.
3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước.
II. Chọn tuyến đập:
Dựa theo bình đồ khu đầu mối đã cho: Hai bên bờ sông có 2 ngọn đồi ∇ 100m nằm đối xứng
nhau và thu hẹp lòng sông lại. Theo mặt cắt địa chất tuyến đập: tầng đá gốc của quả đồi
tương đối tốt, lớp phủ tàn tích mỏng .Tại khu vực 2 quả đồi đều có các bãi vật liệu thuận tiện

cho việc thi công. Do vậy ta chọn tuyến đập B-B đi qua 2 đỉnh của quả đồi như hình vẽ đã
cho.

SV: Lê Sĩ Cường

4

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

III. Chọn loại đập:
Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối dày. Về vật liệu địa phương
chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000m3,
cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1Km). Điều kiện khai thác dễ, thuận tiện cho
việc thi công. Vì vậy ta chọn loại đập đất.
Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đã
cho ta thấy trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá nhiều, chất
lượng tốt. Đủ làm vật liệu chống thấm. Do vậy ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm.
Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngợc và bảo vệ mái sau khi làm
xong đập đất.
IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1. Cấp công trình:
a) Theo chiều cao công trình và loại nền :
Cao trình đỉnh đập:
Zđỉnh đập= MNDGC + d với d = 1,5 3,0 chọn d =3 thay số ta có
Zđ = 81 + 3 = 84(m)

Từ mặt cắt địa chất tuyến đập B

Zđáy đập = 52 m (có kể đến bóc bỏ 50cm = 0,5 m )

Vậy chiều cao đập
H = Zđỉnh đập - Zđáy đập = 84 – 52 = 32 m
Tra bảng P1-1 → Cấp thiết kế là cấp II
b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tới cho 2650ha . Tra bảng P1-2 → Cấp thiết kế là cấp III
So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp II
2. Chỉ tiêu thiết kế:
Từ cấp công trình xác định được:
- Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Tra bảng P1-3 ta có P = 0,5%
SV: Lê Sĩ Cường

5

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

- 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 (14TCN 157-2005) tương ứng với P = 2%
và P = 25%
- Theo quan hệ tài liệu :
P = 2% → V = 32m/s : MNDBT
P = 25% → V = 15,5m/s : MNDGC
B. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.

I. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập:
- Xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNDGC.
Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a
Z1 = MNDGC + ∆h ’ + hsl’ + a’
Trong đó:

∆h và ∆h ’ : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;
hsl và hsl’ : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió
bình quân lớn nhất.
a và a’: Độ vượt cao an toàn.
a) Xác định ∆h , hsl ứng với gió lớn nhất V :
* Xác định ∆h :
V 2 .D
∆h = 2.10 .
.cos α s
gH
−6

Trong đó:
V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với p=2%: V = 32(m/s)
D - Đà sóng ứng với MNDBT: D = 2,2.103(m)
SV: Lê Sĩ Cường

6

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

g- Gia tốc trọng trờng (m/s2): g = 9,81(m/s2)
H- Chiều sâu nước trước đập (m)
H = ∇ MNDBT - ∇ đáy sông = 81 - 52= 29(m)

α S - Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió.
α S = 00
thay số ta có :
2

3

32 .2,2.10
∆ h = 2.10− 6.
.1 = 0,016(m)
9,81.29
* Xác định hsl:
Theo 14TCN 157 - 2005 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 độ nhám
tương đối  /h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; K3 - hệ số
phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4; K4 - hệ số được
xác định từ đồ thị hình P2-3.
Xác định hs1%
- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H ≥ 0,5 λ
- Tính các giá trị không thứ nguyên

gt gD

,
V V2

Trong đó
g : là gia tốc trọng trờng lấy g = 9,81 ( m/s2)
t : thời gian gió thổi liên tục . Lấy t = 6giờ = 86400s
V : vận tốc gió tính toán V = 32 m/s
D : chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT ; D = 2200 m.
Thay số ta tính được:

SV: Lê Sĩ Cường

7

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

gt 9,81.6.3600
=
= 6621, 75
V
32
gD 9,81.2200
=
= 21, 08
V2

322

Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :
gt
gh
gt
= 6621, 75 ⇒ 2 = 0, 07;
= 3,8
V
V
V
gD
gh
gt
= 1, 0
+ ứng với 2 = 21, 08 ⇒ 2 = 0, 009;
V
V
V
 gh
 2 = 0, 009

ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là:  Vgt

= 1, 0
 V

+ ứng với

⇒h=

t =

gh V 2
322
.
= 0, 009.
= 0,94 ( m )
9,81
V2 g
1.V 1.32
=
= 3, 26 ( m )
g
9,81

bước sóng trung bình xác định theo công thức sau :
λ=

gτ 2 9,81.3, 26 2
=
= 16, 6(m)
2π
2.3,14

H = 29m ; 0,5. λ =0,5.16,6 = 8,3 m ⇒ H > 0,5 λ ⇒ giả thiết là đúng
Vậy sóng là sóng nước sâu.
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau :
hs1%=K1%. h
Trong đó: K1% tra theo đồ thị hình P2-2 ứng với

gD
= 21, 04 và P = 1 %.
V2

⇒ K1% = 2,1

chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
hs1% =K1%.htb = 2,1.0,94 = 1,97 (m)
Tra các hệ số K1 ,K2 : chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá lát bình thường  =0,02 vậy
∆ 0, 02
=
= 0, 01 tra bảng P2-3 ⇒ giá trị K1 = 1 ; K2 =0,9
h1% 1,97

Tra hệ số K3: giả thiết hệ số mái m = 35 ; V =32m/s tra bảng P2-4 ta được K3 =1,5
SV: Lê Sĩ Cường

8

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

λ 16, 6
=
= 8, 43 → λ
Tra K4 : ta có h1% 1,97

tra trên đồ thị hình P2-3 suy ra K4=1,15

Tra 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%=1.0,9.1,5.1,15.1,97 = 3,06 m
vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :
Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a = 81 + 0,016 + 3,06 +1,2 = 85,28 m
b. Xác định h’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’
* xác định h’
h’ đợc xác định theo công thức sau
∆h ' = 2.10−6

V '2 D '
cos α '
'
gH

trong đó
V’ : vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P25% suy ra V’ = 15,5 m/s
D’ đà sóng ứng với MNDGC
D’ = D + 0,3km = 2200 + 300 = 2500 m
H’ chiều sâu nước trước đập ứng với MNDGC
H’ = MNDGC – Zđỉnh đập = MNDBT + Hmax – Zđáy đập
thay số : H’ = 81 + 3 – 52 = 32 m
 s góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió
tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy  ‘s = 0 ⇒ cos ‘ =1
thay các số vào công thức ta tính được h’
∆h ' = 2.10−6

2

V'2 D '
'
−6 15,5 .2500
cos
α
=
2.10
.
= 0,004(m)
gH '
9,81.32

Xác định hsl’ :
theo 14TCN 157-2005 , chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được tính như sau :
hsl1%’ = K1’ .k2’ .K3’.K4’ K ‘s.hsl’
hsl’1% : chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% đợc tính với trường hợp gió bình quân lớn nhất
V’= 15,5m/s
K1’ ,K2’ : các hệ số tra ở bảng P2-3.
SV: Lê Sĩ Cường

9

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

K3’: Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-4.

K4’ : hệ số tra ở đồ thị hình P2-3.
K ‘s : hệ số phụ thuộc vào s’ tra ở bảng P2-6.
Xác định hsl1%’ theo 14TCN 157-2005
Giả thiết trường 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
V'
15,5
gD ' 9,81.2500
=
= 102
V '2
15,52

Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :
gt
gh
gt
= 13670 ⇒ '2 = 0, 09; ' = 4, 4
'
V
V
V
'
gD
gh
gt
+ ứng với '2 = 102 ⇒ '2 = 0, 018; ' = 1, 6

V
V
V
 gh
 2 = 0, 018

ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là:  Vgt

= 1, 6
 V

+ ứng với

h' =

t′ =

0, 018.15,52
= 0, 44m
9,81

1, 6.15,5
= 2,53 ( s )
9,81
2

gt '
9,81.2,532
λ =
=

= 10 ( m )
2π
2.3,14
'

Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 λ'
H’ = 32 > 0,5. 10 = 5 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết
Tính h’s1% = K1%. h,
Trong đó:
SV: Lê Sĩ Cường

10

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng
g .D '
= 102
V '2
→ K1% = 2, 05

h’s1% = 2,05.0,44 =0,9 (m)
- Hệ số K’1, K’2 tra ở bảng P2-3. Lấy ∆ = 0,02
⇒

∆
0, 02
=
= 0, 022 → K’1 = 0,87 ; K’2 =0,77
'
hs1%
0,9

- 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 = 1,18 (Vgió = (20>15,5m/s > 10m/s)
λ'
- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số h 'S 1%

λ'
10
=
= 11,11
h 'S 1% 0,9
→ K ' 4 = 1,15
h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4.h’s1% = 0,87.0,77.1,18.1,15.0,9 = 0,82 (m)
Vậy Z2 = MNDGC + ∆h ’ + h’sl + a’
= 84 + 0,004 + 0,82 + 1 = 85,82 (m)
Chọn cao trình đỉnh đập: Zđỉnhđập=(Z1, Z2)max = 85,82 (m). Lấy tròn 86 (m)
2. Bề rộng đỉnh đập:
Vì không có đường giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng đỉnh đập là B = 6m. để
thi công thuận tiện và phù hợp với chiều cao đập.
II. Mái đập và cơ:
1. Mái đập:
SV: Lê Sĩ Cường

11

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

Chiều cao đập H = Zđ - Zđáy = 86 -52 = 34(m).
Sơ bộ hệ số mái:
+ Mái thượng lưu: m1 = 0,05H +2,00 = 0,05.34 + 2 = 3,7
+ Mái hạ lưu :
Lấy

m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05.34 + 1,5 = 3,2

m1 = 4
m2 =3,5

2. Cơ đập:
- Đập cao 34m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu.
- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m
- Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m. Lấy B cơ = 3m
III. Thiết bị chống thấm.
Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bị chống
thấm cho thân đập và nền.
- Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T ≤ 5m ) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập và cho
nền thích hợp sau:

+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm).
+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng
- Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường
nghiêng + sân phủ.
Theo đề bài hình B đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 14m do
lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 0,5 m
⇒ chiều dầy thực của tầng thấm là T = 15 - 0,5 = 14,5m > 5m. Ta chọn phương án: Dùng

thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng sân phủ.
1. Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:
a) Chiều dày tường nghiêng
- Trên đỉnh: δ1 ≥ 0,8m .Chọn δ1 = 1m
- Dưới đáy:

H
H
≤δ ≤
10
5

SV: Lê Sĩ Cường

12

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

Trong đó:

GVHD:Lương T Thanh Hương

H- Là cột nước lớn nhất
H = Hmax = MNDGC - Zđáy = 84 – 52 = 32 (m)
=>

H
H
= 3, 2 ≤ δ ≤ = 6, 4
10
5

- Chọn δ 2 = 5 m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu.
Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng ≡ cao trình đỉnh đập đất.
c) Chiều dày sân phủ
-Ở đầu δ1 > 0,5m chọn δ1 = 1m
H
H
<δ <
10
5
-Chọn δ = 5m

-Dưới đáy

d) Chiều dài sân phủ Ls:
Chọn sơ bộ Ls=(3-5)H=128m
IV. Thiết bị thoát nước thân đập.

Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập.
1. Đoạn lòng sông:
- Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước hạ lưu:
HHL max = MNHLmax - Zđáy = 60,3 - 52 = 8,3 m
HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 58 -52 = 6 m
Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta
chọn thoát nước kiểu lăng trụ.
- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2)m.
Chọn 1,7m
- Do đó chiều cao lăng trụ hlt = 8,3 + 1,7 =10(m)
- Bề rộng đỉnh lăng trụ b ≥ 2m chọn b = 3m
SV: Lê Sĩ Cường

13

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5

SV: Lê Sĩ Cường

14

Lớp 49C2

Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

Hình 1

SV: Lê Sĩ Cường

15

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

2. Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu không có nước. Ta chọn thoát nước kiểu áp
mái.
C. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN
I. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán:
1. Nhiệm vụ tính toán:
- Xác định lưu lượng thấm q
- Xác định đường bão hòa trong đập
- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền.
2. Các trường hợp tính toán:
Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập.
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng.

- 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.
Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất.
Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 81 – 52 = 29(m)
Hạ lưu là mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 58 - 52 = 6 (m)
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ.
II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
Sơ đồ như hình vẽ :

SV: Lê Sĩ Cường

16

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

SV: Lê Sĩ Cường

GVHD:Lương T Thanh Hương

17

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

a. Xác định lưu lượng thấm:
Bỏ qua độ cao hút nước ao ở cuối dòng thấm, lưu lượng thấm q và độ sâu h3 sau tường
nghiêng xác định từ hệ sau:
q = Kn .

(h1 − h3 )T
0, 44T + Ls + m.h3

h32 − h22
(h3 − h2 )T
q = Kd
+ kn .
2( L − mh3 )
L − mh3 + 0, 44T − m' h2

Trong đó:
Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5 m/s
Hệ số thấm của thiết bị chống thấm K0 = 4.10-9 m/s
Hệ số thấm của nền Kn = 10-6m/s

δ : Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m
h1 = 29 m
h2 = 6 m
m: Hệ số mái thượng lưu = 4
m2: Hệ số mái hạ lưu = 3,5
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
Z0 = δ .cos α = 3.cos14o2’ = 2,91 (m)

L = 34.4 + 6 + 12.3,5 + (74-62).3,5 + 3 – (10-6).1,5 = 223(m)
Thay và giải hệ phương trình:

q = 10− 6.

(29 − h3 ).14,5
0, 44.14,5 + 128 + 4h3

h32 − 6 2
(h3 − 6).3,5
q = 10
+ 10−6.
2.(223 − 4h3 )
223 − 1,5.6 + 0, 44.14, 5 − 4.h3
−5

Dùng phương pháp thử dần:
SV: Lê Sĩ Cường

18

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

h3 = 9,65 (m)
q = 1,54.10-6(m/s)

b) Phương trình đường bão hòa:

h32 − h22
Y= h −
.x
L − m.h3
2
3

9,652 − 62
9,65 −
.x
223
−
4.9,65
=
2

=

93,12 − 0,31.x

c) Kiểm tra độ bền thấm:
- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:

J dK ≤ [ J dK ]

Trong đó:

J kd =

h3 − h2
9, 65 − 6
=
= 0, 0198
L − m.h3 223 − 4.9, 65

[Jkđ] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep.
Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha
ta được [Jkđ] = 0,65
Vậy

Jkđ < [Jkđ] . Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập.

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:
Jkn ≤ [Jkn]
Trong đó:

J kn =

h1 − h2
29 − 6
=
= 0, 065
L + Ls − m '.h2 + 0,88T 223 + 128 − 1,5.6 + 0,88.14,5

SV: Lê Sĩ Cường

19

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

[Jkn] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep. Tra bảng P3-2 tra theo loại
đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [Jkn] = 0,25.
Vậy Jkn ≤ [Jkn]. Nên nền đảo bảo ổn định thấm.
III. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi :
Sơ đồ của mặt cắt sườn đồi là đập trên nèn không thấm, hạ lưu không có nước, thoát
nước kiểu áp mái.
- Các thông số:
Theo địa hình ta chọn được cao trình đáy để tính thấm cho mặt cắt sườn đồi là 75(m).
dã bóc bỏ đi 0,5 m . Ta có sơ đồ thấm như sau :
- Do đó h1 =81 -75 = 6(m)
- Hệ số mái m1 = 4 (thượng lưu)
m2 = 3,5 (hạ lưu)
+ Z0 = δ .cos α = 3.cos14o2’ = 2,91 (m)
+ L = (86- 75 ).(4 + 3,5) + 6 = 88,5 m
+ Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5m/s
+ Hệ số thấm của thiết bị chống thấm Ko = 4.10-9m/s
+ δ : Bề dày trung bình của tường nghiêng = 3 m

SV: Lê Sĩ Cường

20

Lớp 49C2

Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

SV: Lê Sĩ Cường

GVHD:Lương T Thanh Hương

21

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

a) Lưu lượng thấm:
Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, ao được xác định từ hệ sau:

h 2 − h32 − Z 02
q = K 0 1
2δ sin α


h32 − a02
q = K d
2 ( L − m1h3 − m2 a 0 )



a0
q = K d
m2 + 0,5


Thay số ta được bằng phương pháp thử dần ta được các giá trị sau:
a0 = 0,12(m)
h3 = 2,4 m
q = 3.10-7m/s
b) Đường bão hòa:
Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:

2q
Y = h2 − x = 5,76 − 0,06.x
3 k
d

c) Kiểm tra độ bền thấm:
Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ ≤ [Jkđ]
Trong đó:

J kd =

h3
2, 4
=
= 0, 03
L − m1h3 88,5 − 4.2, 4

Vậy

Jkđ < [Jkđ] . [Jkđ] tra ở trên

Vậy độ bền thấm được đảm bảo.
D. Tính toán mái đập
I. Trường hợp tính toán
SV: Lê Sĩ Cường

22

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

Theo quy phạm, khi thiết kế đập đát, cần kiểm tra ổn định các trường hợp sau:
1. Cho mái hạ lưu.
- 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 cơ bản)
- Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ
hợp đặc biệt)
2. Cho mái thượng lưu
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 0,2H đập) tổ hợp cơ
bản.
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp đặc
biệt).
II. Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt.

1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.
Sử dụng 2 phương pháp:
a) Phương pháp Filennít.
Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình vẽ
0
0
Tra bảng (4-1) với m = 3,5 ta có α = 35,5 ; β = 25

Ta có sơ đồ tính như hình vẽ :

SV: Lê Sĩ Cường

23

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

SV: Lê Sĩ Cường

GVHD:Lương T Thanh Hương

24

Lớp 49C2


Đồ Án :Thiết Kế Đập Đất

GVHD:Lương T Thanh Hương

b)Phương pháp Fanđeeps
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ.
Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập Hđ, tra ở bảng 6-6 giáo
trình thủy công. Với m = 3,5
R/H = 3,025. ⇒ R = (R/H).H = 3,025.34= 102,85(m)
r/H = 1,25

⇒ r = (r/H).H = 1,25.34 = 42,5 m

Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm
nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả thiết các tâm O1, O2, O3. Vạch các cung trượt đi qua một
điểm Q1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định.
K1, K2, K3 cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác
định được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng MB. Từ vị trí của tâm O ứng với
Kmin đó kẻ đường thẳng N-N vuông góc với đường MM1. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm
O khác vách các cung cũng đi qua điểm Q1 ở chân đập. Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ
trị số K, theo tâm O ta xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập.Với các điểm
Q2, Q3... ở trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số K min tương
ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với các điểm ra của cung Qi ta tìm được hệ số an toàn nhỏ
nhất Kmin min cho mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1 ở chân
đập.
2. Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ
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.
Sơ đồ hình:
Chia khối trượt thành các dải có số dảI là n
chiều rộng mỗi dảI là b
trong đó b được xác định như sau : b = R/m

trong đố m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 20}
chọn m = 10
Ta có công thức tính toán sau: K =

∑( N

n

−Wn )tgφn +∑Cn .ln

∑T

n

SV: Lê Sĩ Cường

25

Lớp 49C2