ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
SỐ LIỆU BAN ĐẦU
-

Đồ án được giao đề số : 84

-

Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 84)

-

Địa chất:
Bảng SL1.
Tên lớp nền

Loại nền

Chiều dày(m)

1

2- Sỏi sạn

0,6m

2

8- Đá cát kết,cuội
kết

14m

3

12- Đá diorit

30m

Bảng SL2.
Loại
nền
2
Loại
nền

Địa chất nền

Đường thành
phần hạt

K

Chỉ tiêu cơ lý của nền đập
Δ

ɣtn
3

P%

cm/s

T/m

T/m

>2

>50

10-1÷
1

2,6÷
2,7

1,85÷
2,1

K

Δ

ɣtn

Dhạt

P%

Ctn

Øbh

Cbh

Độ

T/m2

Độ

T/m2

34÷
38

0

34÷
38

0

Øtn

Ctn

Rn

E

T/m2 T/m2

104x
T/m2

50÷
55

55÷
65

2,51
÷ 2,6

106x
T/m2
5,66
÷
6,85

75÷
80

39÷
50

2,14

N

3

Dhạt

Đường thành
phần hạt

Øtn

0,35÷
0,41
N

3

3

cm/s

T/m

T/m

8

10-8÷
10-10

2,62÷
2,74

2,3÷
2,62

12

10-18÷
10-20

2,7÷
2,92

2,67÷
2,9

0,05÷
0,14

12,01

Bảng SL3. Tính chất cơ lý của vật liệu đắp đập
1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Tên
V ật
liệu
Đá
đổ

-

Đường
thành phần
hạt

K

Δ

Øtn

ɣtn

Ctn

Øbh

Cbh

Độ

T/m2

38÷
42

0

N

Dhạt

P%

cm/s T/m3

T/m3

>200

>50

10÷
102

1,9÷2,
1

2,65
÷ 2,8

T/m

Độ
0,3÷
0,5

2

38÷
42

0

Đặc trưng hồ chứa:
Bảng SL4.

Các mức nước thiết kế và lưu lượng thiết kế

MNDBT MNKT

MNC

MNĐK CTĐS

Qtt

Qkt
m3/s

m

m

m

m

m

m3/s

27

28,1

10,5

10,3

-2

1501 1895

Bảng SL5.

Đường quan hệ giữa lưu lượng và mực nước hạ lưu

Zhl(m)

-1

1

3

6

8

10

13

18

Q(m3/s
)

7

69

205

562

975

1556

2698

5235

Bảng SL6.

Tài liệu gió

Trường hợp

Mực nước dâng bình
thường

Mực nước kiểm tra

Đà gió D (m)

DP%=3887,5

D50%=4146,7

Vận tốc gió ( m/s)

WP%=20,733

W50%=15,55

2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
1

PHÂN TÍCH SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ

THIẾT

KẾ

1.1. ĐI.ỀU KIỆN TỰ NHIÊN
1.1.1.

Điều kiện địa hình lưu vực sông

Khu vực công trình nằm trong vùng địa hình dốc trung bình , những dải đồi có chiều
cao trung bình trải dọc theo hướng Tây – Đông.
Tuyến sông khá dài thẳng chảy theo hướng Nam – Đông Bắc. Đầu nguồn sống chảy
trong lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần khi qua
dải đồi , vị trí hẹp nhất của lòng sông có chiều rộng khoảng 25-30m, hai bên bờ tại khu
vực có dộ dốc trung bình khoảng 1:3. Về phía hạ lưu dòng sông mở rộng dần, địa hình
tương đối thoải.
Lập bản đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 , độ chênh cao giữa các đường
đồng mức chính là 5m. Đường đồng mức cao nhất trong khu vực là 40m, thấp nhất là
5m, đấy sông ở cao trình -2m.
1.1.2.
a)

Điều kiện khí tượng thủy văn

Khí hậu lưu vực

Các tài liệu về mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió… được thống kê theo các
số liệu đã đo được trong nhiều năm tại các trạm khí tượng thủy văn xung quanh khu
vực công trình. Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác và
công tác thi công công trình.
b)

Dòng chảy

Dòng chảy vào hồ chứa được xác định bằng mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô
hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) tại khu vực tuyến
công trình. Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ tại các trạm thủy văn đặt trong lưu vực sông,
bằng phương pháp tính toán quy đổi về khu vực tuyến công trình, ta cũng xác định
được đường quá trình lũ với các tần suất khác nhau.
Bằng phương pháp điều tiết lũ, các giá trị lưu lượng tính toán và lưu lượng tính toán và
lưu lượng kiểm tra qua công trình tháo lũ được xác định:
-

Qtt = 1501 m3/s
Qkt = 1895 m3/s

Vận tốc dòng chảy trong lòng sông luôn nhỏ hơn vận tốc cho phép chống xói tại các
mực nước khác nhau.
c)

Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu
3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Tại hạ lưu tuyến công trình, quan hệ lưu lượng với mực nước được xây dựng theo
công thức thủy lực chảy trong lòng sông thiên nhiên dựa trên các số liệu mặt cắt:
Hình 1.1.1.1.a.1.1

Bảng 1.1.2.1.c.1.

Đồ thị quan hệ lưu lượng với mực nước được xây dựng

Bảng giá trịn mực nước hạ lưu ứng với các lưu lượng tính toán:

Lưu lượng
(m3/s)
Mực nước (m)
1.1.3.

Qtt

Qkt

1501

1895

9

11,5

Điều kiện địa chất

Dựa trên cơ sở khảo sát, thăm dò toàn bộ khu vực xây dựng công trình và các số liệu
thu được của kết quả thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công rình bao
gồm 3 lớp đất đá phân bố khá đồng đều:
-

-

-

Lớp 1: lớp sỏi sạn với chiều dày 0,6m; hệ số thấm của lớp này rất lớn vậy neen

đặt công trình nên lớp này đòi hỏi phải có các biện pháp chống thấm bằng chân
khay hoặc tường răng. Trong trường hợp này ta bóc lớp 1 đi và đặt công trình
lên lớp thứ 2 (đá cát kết, cuội kết).
Lớp 2: lớp đá cát kết, cuội kết dày 14m hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm
cho nèn tốt mặt khác các chỉ tiêu cơ học là ø lớn nên ổn định chống trượt tốt.
Địa chất nền này thích hợp cho các loại đập dâng nước vật liệu địa phương.
Lớp 3: lớp đá diorit, đá có độ bền cơ học cao, hệ số thấm nhỏ.
4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
1.1.4.

Vật liệu xây dựng

Qua khảo sát trữ lượng vật liệu quan vùng xây dựng công trình.
1.2. NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH
Hệ thống công trình đầu mối có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp nguồn nước phân phối lợi
ích giũa các ngành, phân phối chi phí cho các ngành hợp lý trên cơ sở nâng cao hiệu
quả sử dụng nguồn nước đến mức cao nhất.
Dự án xây dựng công trình này chủ yếu là trữ nước cung cấp nước tưới cho 1 vùng
nông nghiệp phía hạ lưu công trình, ngoài ra công trình còn có thể kết hợp thực hiện
các nhiệm vụ sau:
-

Phát điện
Nuôi trồng thủy sản, du lịch, cải tạo môi trường…

5

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
CHƯƠNG 2. CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH
2.1. CHỌN TUYẾN
Trong việc thiết kế và xây dựng cụm công trình đầu mối , vấn đề chọn tuyến đóng vai
trò hết sức quan trọng ảnh hưởng quyết định đến kết cấu và cách bố trí các công trình
trong cụm đầu mối, ảnh hưởng đến điều kiện thi công quản lý, khai thác, đến hiệu ích
của dự án công trình và cuối cùng đến giá thành của dự án.
Tuyến của hệ thống công trình đầu mối trên sông trong đồ án trên đó bố trí các công
trình cơ bản của hệ thống như đập dâng nước , công trình tháo lũ, công trình lấy nước.
2.1.1.

2.1.2.

Nguyên tắc chọn tuyến
•

Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến tại vùng có thung lũng hẹp để
có khối lượng nhỏ nhưng cần phải đủ chỗ để bố trí các công trình cơ
bản.

•

Theo điều kiện địa chất, tuyến công trình nên có địa chất phù hợp với
từng loại công trình để đảm bảo sự ổn định của toàn bộ công trình
(lún, trượt, độ bền), phải đảm bảo yêu cầu chống thấm tốt ở nền và
quanh bờ.

•

Theo điều kiện thi công, tại vùng tuyến cần có đủ mặt bằng bố trí các
công trình phụ trợ phục vụ cho công tác xây dựng công trình chính.

•

Đảm bảo dẫn dòng thi công thuận lợi.

•

Gần vị trí có sẵn các mỏ vật liệu đáp ứng các yêu cầu xây dựng

•

Theo điều kiện vận hành: điều kiện vận hành thuận tiện, chi phí vận
hành nhỏ nhất.

•

Theo điều kiện môi trường, di dân tái định cư: giảm thiểu tối đa mức
ngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn được các giá trị văn
hoá.

•

Có hiệu quả tổng hợp cao.

Chọn tuyến xây dựng công trình

Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt ở chỗ hẹp nhất vào khoảng 86,7m, nếu bố trí tuyến
ở đây chiều dài tuyến khoảng 430m. Tuyến áp lực có thể chọn tại vị trí tựa vào hai bờ,

6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
có chiều dài tuyến nhỏ, vẫn đủ bố trí các công trình trong đầu mối và tiện dẫn dòng thi
công. Phía thượng và hạ lưu của tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc bố trí các
công trình phụ trợ cho quá trình thi công.
Hình 1.1.1.1.a.1.2

Mặt cắt ngang tuyến đập

2.2. BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH
2.2.1.

Nguyên tắc chung về bố trí công trình
•

Yêu cầu về quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình trong hệ thống phải thoả
mãn những điều kiện làm việc của mình đồng thời không làm ảnh
hưởng đến các công trình khác. Khi bố trí cần chú ý đến điều kiện
thuỷ lực dòng vào, dòng ra tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi,
tháo phù sa… của các loại công trình, nhất là đối với đập tràn, nhà
máy thuỷ điện, công trình lấy nước…

•

Điều kiện kỹ thuật: Công trình thiết kế phải đảm bảo ổn định, độ bền,
kích thước công trình tháo đảm bảo đáp ứng được yêu cầu về khả
năng tháo, nối tiếp thượng hạ lưu, chế độ làm việc, vận hành bình
thường.

•

Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải ít nhất, hiệu quả
đầu tư cao nhất. Bố trí công trình phải tận dụng được vật liệu, lao
động, tài nguyên khác. Như vậy cần tận dụng vật liệu địa phương, ứng
dụng loại kết cấu mới khi xây dựng công công trình.

•

Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu và cách bố trí công
trình cần tiện lợi cho việc tổ chức thi công trong một thời gian ngắn
7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
nhất. ở đây cần đặc biệt lưu ý đến những phương pháp dẫn dòng thi
công thuận lợi. Chú ý lợi dụng những công trình phục vụ cho thi công
như đê quai, đường hầm… làm công trình cơ bản của hệ thống.
•

2.2.2.

Những điều kiện khác: Ngoài những yêu cầu và điều kiện trên khi bố
trí công trình cần chú ý đến điều kiện về mỹ thuật, kiến trúc tạo cảnh
quan đẹp hài hoà. Cần chú ý các biện pháp công trình sao cho khi hư
hỏng có thể quan sát và sửa chữa được.

Bố trí công trình

Trên cơ sở phân tích các số liệu ban đầu về bình đồ khu vực xây dựng, điều kiện địa
chất, điều kiện thi công sơ bộ có thể bố trí công trình như sau
•

Đập dâng nước bằng vật liệu địa phương được bố trí trên toàn tuyến.

•

Công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ có thể bố trí hai bê bờ,
song khu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nước nên bố trí công
trình tháo lũ bên bờ phải là hợp lý hơn cả. Tuyến đường tràn được xác
định dựa vào các yếu tố thuỷ lực và độ dốc cho phép đối với đường
tràn trên nền đất.

•

Công trình lấy nước bố trí trong thân đập, nối tiếp sau là hệ thống
kênh dẫn nước chạy dọc theo bờ sông.

•

Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu...) có thể bố trí cả
hai bên bờ phía hạ lưu.

8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG NƯỚC
3.1. CHỌN LOẠI ĐẬP DÂNG NƯỚC

Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng và tương đối thoải rất thuận lợi
choi việc thi công và xây dựng công trình đập dâng nước bằng VLĐP. Hơn nữa, địa
chất nền công trình có lớp 2 là lớp đá cát kết, cuội kết dày 14m kế tiếp nên việc xây
dựng đập dâng bằng BTTL là không khả thi, vậy chỉ phù hợp các laoij đập dâng
VLĐP.
Đập dâng nước là đập VLĐP, căn cứ vào địa chất nền phương án chọn loại đập được
đề xuất: Đập đá đổ có lớp chống thấm.
3.2. XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH
Cấp công trình là một chỉ số rất quan trọng quyết định rất lớn đến kích thước, giá
thành công trình. Cấp công trình được xác định dựa vào các yếu tố sau:
•

Loại đập, chiều cao đập, nền đập

•

Năng lực của công trình (diện tích tưới)

•

Dung tích hồ chứa.

•

Do không có diện tích tưới nên ta xác định cấp công trình theo yếu tố:
loại đập, chiều cao đập, loại nền.

Cao trình đỉnh đập sơ bộ được xác định theo công thức:

∇ dd = MNLN + d

-

d: Độ vượt cao đỉnh đập so với MNTL. Để xác định cấp công trình theo chiều
cao đập sơ bộ có thể lấy d = 2m
MNTL = MNKT = 28,1m
Ta có:

∇ dd = 28,1 + 2 = 30,1(m)

Chiều cao đập lớn nhất trong trường hợp đập trên lớp nền số 2

H max = ∇ dd − CTDS = 30,1 − (− 2) = 32,1(m)
Theo bảng 2.2 (trang 5, TCXDVN-285-2002) Nền đập là nền đá và chiều cao là
32,1m nên cấp công trình là cấp III.

9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
3.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ĐẬP DÂNG
3.3.1.
Tính toán các thông số sóng và xác định cao trình đỉnh đập (tính
toán cho cả 2 trường hợp).
a)

Số liệu ban đầu dùng trong tính toán
Bảng 1.1.1.1.a.2.
MNDB
T

27

MNKT

28,1

MNC

10,5

T

21600
s

Cao trình đáy sông

-2

hệ số mái dốc thượng lưu
M1
Kiểu gia cố mái dốc thượng
lưu

đá lát
khan

Góc hướng gió với trục đập

0o

2

Bảng 1.1.1.1.a.3.

b)

Mực nước thượng lưu

MNDBT= 27m

MNKT= 28,1

Cột nước trước đập H(m)

H1= 29m

H2= 30,1m

Đà gió D(m)

D= 3887,5m

D= 4146,7m

Vận tốc gió W

W= 20,733m/s

W= 15,55m/s

Xác định cao trình đỉnh đập
Hình 1.1.1.1.a.3.1

Sơ đồ tính toán cao trình đỉnh đập

•

∇ dd = MNTL + d

•

d = ∆ h + hs1 + a

Ta tính cho 2 trường hợp:
10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
•

∇ dd1 = MNDBT + d1; d1 = ∆ h1 + hs11 + a1

•

∇ dd2 = MNKT + d 2 ; d 2 = ∆ h2 + hs12 + a2

Trong đó:
-

∆ h1 , ∆ h2 : Độ dềnh mực nước do gió ứng với MNDBT và MNKT .
hs11, hs12 : Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT và MNKT .
a1, a2 : Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT và MNKT.

So sánh 2 trường hợp tính toán cao trình đỉnh đập chọn giá trị lớn nhất làm cao trình
thiết kế đập.
c)
Xác định độ dâng mặt nước do gió ΔH

2.10−6.W 2 .D
∆H =
cosα
G. H
Lần lượt thay số vào ta có:
- ΔH1 = 0,0118m trường hợp MNDBT
- ΔH2 = 0,0068m trường hợp MNKT
d)
Xác định chiều cao sóng leo (HSL) theo quy phạm
Xác đinh các thông số về sóng khu nước sâu cho 2 trường hợp : MNDBT và
MNKT
 

w2  
1
h1 = 0,16.
1− 
g  
g .D
−3
  1 + 6.10 .

w2
 

2


÷
÷
÷
÷









2
 
 
 
÷
w2  
1
÷
h2 = 0,16.
1−
0,635



÷
g
  1 + 1, 04.10 −3.  g .t ÷ ÷ 
 
w
 

⇒ h = min { h1; h2 }
Trong đó :
- W : Vân tốc gió (m/s)
- D : Đà gió(m)
- T : Thời gian phát triển gió T=6h.

g .τ 2
λ=
2.π
11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
0,625

w  g.h 
τ = 19,5. .  2 ÷
g w 

Bảng 1.1.1.1.a.4.

Giá trị h,τ tính toán

Số liệu

MNDBT

MNKT

h

0,73

0,55

τ

15,87

12,86

So sánh chọn lấy giá trị h,τ
nhỏ trong 2 TH

Chiều cao sóng leo lên mái dốc có tần suất i% được tính theo công thức sau:
HSL = K1. K2. K3. K4. Hi%
Trong đó:
- K1 ,K2 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám vật liệu gia cố mái
- K3 : Hệ số phụ thuộc tốc độ gió W và hệ số mái dốc thượng lưu
- K4 : Hệ số phụ thuộc độ dốc sóng
- HI%: Chiều cao sóng tính toán ứng với tần suất i% tính theo công thức:

H I % = K I % .H
•

Trường hợp tính sóng leo lấy i= 1%

•

Ki% : được tra theo đồ thị ứng với đường cong 1%.

Bảng 1.1.1.1.a.5.

e)

Kết quả tra, tính toán các hệ số và chiều cao sóng leo

Hệ số

K1

K2

K3

K4

Ki

H1%

HSL

MNDBT

0,7

0,5

1,5

1,92

2,35

1,72

1,73

MNKT

0,7

0,5

1,32

1,95

2,43

1,34

1,21

Xác định độ vượt cao an toàn

Công trình thuộc cấp III . Ta có:
Bảng 1.1.1.1.a.6.

Độ vượt cao an toàn theo 14TCN 157-2005

Trường hợp tính toán

MNDBT= 27

MNKT= 28,1

Độ vượt cao an toàn
A(m)

0,7

0,2
12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Bảng 1.1.1.1.a.7.

Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập

Trường hợp tính toán

MNDBT= 27

MNKT= 28,1

Cao trình đỉnh đập (m)

29,44

29,52

Cao trình đỉnh đập sẽ max trong 2 giá trị trên. Tăng thêm độ an toàn cho đập ta chọn
cao trình đỉnh đập là 30m.
3.3.2.

Thiết kế mặt đập (tính cho cả 2 trường hợp)

Lựa chọn hình dạng, kích thước và hình thức gia cố mặt đập phải dựa trên các yêu cầu:
về điều kiện làm việc; đảm bảo điều kiện ổn định của đập, yêu cầu giao thông., yêu
cầu về thi công. Trong trường hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng khi
có chiến tranh xảy ra.
• Theo yêu cầu cấu tạo và điều kiện thi công thì chiều rộng nhỏ nhất của mặt
đập theo công thức:
Bmin = 0,1.HD = 0,1.32 = 3,2m
Trong đó: HD là chiều cao đập HD = CTDĐ-CTĐS=30-(-2)=32m.
• Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thước của
những máy thi công cùng phạm vi hoạt động của nó, nghĩa là chiều rộng mặt

đập phải đảm bảo cho các máy móc sử dụng trong quá trình thi công đập và
các công trình khác trong hệ thống được dễ dàng. Chiều rộng đỉnh đập tối
thiểu Bmin=5m.
• Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng đỉnh trong khoảng 10-12m.
Từ các yêu cầu trên ta chọn chiều rộng mặt đập là giá trị B ta chọn B=10m. Mặt đập
được sử dụng làm đường giao thông phục vụ cho giao thông nên trên mặt đường dải
một lớp bê tông atphalt. Để nước ở mặt đập (do mưa) có thể dễ dàng chảy xuống, mặt
đập cần làm dốc về hai phía với độ dốc 2%. Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựng
những trụ lan can bằng cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe và người đi lại.

13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
1
Thiết kế hình dạng mái dốc và kích thước cơ đập (Tính cho cả hai trường
hợp)
a)

Mái dốc

Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trong mọi trường hợp khai thác cũng
như thi công. Mái dốc thượng lưu thường xuyên chịu tác dụng của áp lực nước, áp lực
sóng, sự giảm đột ngột mực nước, áp lực va đập của vật nổi. Mặt khác các đặc trưng
vật liệu: góc ma sát trong, lực dính đơn vị C bị giảm do đất bão hoà nước tại gần như
toàn bộ khu mái dốc thượng lưu, vì vậy mái dốc thượng lưu thường được chọn thoải
hơn so với mái dốc hạ lưu.
Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào những yếu tố như: loại đập, chiều cao đập, các
lực tác dụng, đặc tính của đất xây dựng đập, đặc tính của nền, điều kiện thi công, điều
kiện khai thác và dựa vào kinh nghiệm những đập đã xây dựng và làm việc tốt với

cùng một điều kiện về chiều cao, loại đập và địa chất nền.
Đối với đập dâng của công trình là đập đồng chất, vật liệu đắp đập bằng đá đổ ta chọn
hệ số mái dốc:

b)

•

Mái thượng lưu: m1=2 .

•

Mái hạ lưu: m2=2.

Cơ đập

Cơ đập là đoạn nằm ngang trên mái dốc có tác dụng như tăng thêm ổn định cho mái
dốc, thu và thoát nước mưa trên mái dốc, đi lại để theo dõi, kiểm tra đập trong thời
gian khai thác...Ngoài ra cơ đập còn có tác dụng phục vụ thi công như đặt các máy
móc. Thông thường cứ 15 – 20m người ta làm một cơ, cơ thượng lưu thường đặt thấp
hơn mực nước chết một đoạn 2H1%, chiều rộng cơ b = 3m để đảm bảo thi công cơ giới
dễ dàng.Phía thượng lưu đặt cơ ở cao trình 7,82m. Phía hạ lưu đặt 1 cơ, ta đặt ở cao
trình 1m.
3.3.3.
Tính chất gia cố và cấu tạo mái dốc thượng lưu (Tính toán cho cả 2
trường hợp)
Chọn vật chống thấm kiểu lõi giữa đứng được làm bằng đất sét. Đây là loại kết cấu
chống thấm sử dụng phổ biến trong đập đá đổ. Loại lõi này có khối lượng nhỏ nhất so
với đập lõi nghiêng và đập tường nghiêng. Vì vật liệu có cường độ yếu nhất trong thân
đập là của kết cấu chống thấm thì ở trường hợp lõi giữa nó được đặt cách mặt trượt với

cự li xa tối đa. Đây cũng là lí do để loại đập đá đổ có vật chống thấm lõi giữa được sử
dụng rộng rãi nhất.
14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Chiều dày tối thiểu của tường lõi không được nhỏ hơn 3m. Chiều rộng ở đáy không
nên nhỏ hơn 1/4 chiều cao cột nước đối với tường lõi, chiều dày của tường lõi còn phải
thỏa mãn điều kiện độ bền chống thấm theo biểu thức:

δ≥

Z
[ J ] cp

Trong đó:
-

δ : chiều dày tường lõi (m)

-

Z: độ chênh cột nước trước và sau tường chống thấm (m).

-

[ J ] cp : gradient cho phép của đất đắp, có thể lấy:
•

Đối với đất sét: 5-10

•

Đối với đất á sét: 4-6

•

Đối với đất á sét nhẹ: 3-4

Trong thực tế, thường xác định chiều dày đỉnh sau đó vẽ 1 mái dốc thường m=0,2-0,3
kéo dài xuống tới đáy, sau đó kiểm tra lại bằng điều kiện δ
 Chọn chiều dày tường đỉnh là 8m
Chọn mái dốc của VCT là 0,2, với chiều cao tường đỉnh là 29m thì t có chiều dày
tường đáy là 19,6m.
Kiểm tra:

δ≥

Z
27 − 10,3
=
= 3,34 => TM
5
[ J ] cp

Đỉnh tường lõi sau khi đạt độ lún cuối cùng phải cao hơn mực nước dâng bình thường
có kể sóng leo và độ dềnh do gió nhưng không được thấp hơn mực nước lũ thiết kế
cộng với chiều cao an toàn. Chiều cao an toàn là chiều cao từ mực nước lũ thiết kế của
hồ chứa tới đỉnh tường chống thấm. Đối với công trình cấp 3, VCT là tường lõi thì
theo TC 14TCN-157-2005 ta có chiều cao an toàn là 0,4m. Như vậy đỉnh tường lõi

nằm ở cao trình 28,5m so với đáy sông.
3.3.4.

Tính toán thiết kế tầng lọc ngược

• Tầng lọc ngược (TLN) là những lớp quá độ nối tiếp tầng đất hạt nhỏ được bảo
vệ với tầng đất hạt lơn. Nhiệm vụ chủ yếu của nó là ngăn hiện tượng sói
15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
ngầm trong đất hạt nhỏ cần được bảo vệ với tầng đất hạt lơn, ngoài ra tham
gia nhiệm vụ gia tải chống hiện tượng đùn đất.
•

Do hạn chế trong đồ án môn học ta chọn tầng lọc ngược theo cấu tạo và
không tính toán chi tiết đường kính hạt từng lớp: Tầng lọc ngược gồm 2 lớp
được bố trí ở khu vực chuyển tiếp giữa lớp gia cố thượng lưu và lớp chuyển
giao giữa VCT với thân đập:
-

Lớp sỏi đệm t = 0,2m.
Lớp cát chuyển tiếp t = 0,2m.
Hình 1.1.1.1.a.7.1

Mặt cắt ngang đập

16

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THẤM VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI
ĐẬP
3.4. TÍNH TOÁN THẤM
Mục đích chủ yếu của việc tính toán thấm qua đập đá là xác định lưu lượng thấm qua
tường giữa chống thấm.
Hình 3.4.1.1.a.1.1

Sơ đồ tính thấm qua môi trường đá đổ

Trong môi trường đá đổ do các khe rỗng khá lớn cho nên sự chuyển động của nước
không tuân theo quy luật Darcy, nghĩa là lưu tốc thấm không có tỷ lệ bậc nhất với
gradient thấm. Dòng thấm qua đá là dòng rối, có thể tính gần đúng theo công thức của
giáo sư N.P.Puzurepski với sơ đồ tính toán như hình 4.11.
Tại mặt cắt N-N, cột nước thấm là y ta có:

q 2 H13 − y 3
=
K2
3x
Khi x=L, y=H2, công thức tính lưu lượng qua môi trường đá đổ dưới dạng:

q 2 H13 − H 23
=
K2
3L
Trong đó:
-

q : lưu lượng đơn vị

H1: độ sâu dòng thấm tại mặt cắt 1-1
H2: độ sâu dòng thấm tại mặt cắt 2-2
L: khoảng cách giữa hia mặt cắt 1-1 và 2-2

K: hệ số thấm của đá, phụ thuộc vào độ rỗng n, hình dạng và kích thước của đá. Theo
M.F.Xrapnui.

17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
3.5. TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP DÂNG NƯỚC
Các công trình được nói tới ở đây là các loại đập dâng nước đặt trên nền đá. Khi đó
các khả năng mất ổn định toàn khối của công trình như sau:
• Bị trượt theo một năm nào đó, có thể là mặt tiếp xúc giữa công trình và nền,
mặt cắt trong nền hay trong công trình (tại các vị trí xung yếu). Mặt trượt
được xét là mặt phẳng (nằm ngang hoặc nghiêng).
• Bị lật quanh một trục nằm ngang (ví dụ đi qua điểm chân đập hạ lưu) khi
momen của ngoại lực gây lật lấy đối với trục này vượt qua momen chống lật.
• Bị đẩy nổi do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên trên (áp lực thấm, thủy
tĩnh, động đất…)
Khi thiết kế công trình dạng trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng bản thân và các vật
nặng đè lên nó), nếu ta khống chế trong mọi trường hợp, tại các mép biên thượng hạ
lưu đập không xuất hiện ứng suất kéo, hoặc có xuất hiện nhưng với giá trị nhỏ thì nói
chung đập không bị lật đổ. Vì vậy việc kiểm tra khả năng lật thực tế là không cần thiết.
Còn việc kiểm tra đẩy nổi thường chỉ tiến hành đối với các cống, đập có ngưỡng thấp.
3.5.1.
a)

Phương pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại

Khi mặt trượt nằm ngang

K=

f .P
Q

Trong đó:
-

b)

P: tổng hợp các lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt
trượt trở lên
Q: tổng hợp các lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt
trở lên
f: hệ số ma sát tiếp xúc tại mặt trượt , có thể là giữa vật liệu công trình
với đá nền, đá nền với đá nền hay giữa các lớp vật liệu công trình với
nhau.

Khi mặt trượt nằm nghiêng

Theo đặc điểm bố trí công trình và cấu tạo địa chất nền, có thể xét các mặt trượt
nghiêng. Khi đó tổng hợp các lực gây trượt cần được xét theo phương song song với
mặt trượt, còn lực ma sát chống trượt thì gây ra bởi tổng hợp các hình chiếu của các
lực phương vuông góc với mặt trượt. Ta có:
-

P’: tổng hợp các lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt

trượt trở lên, trừ phần lực đẩy nổi do áp lực thấm và áp lực thủy tĩnh tác
dụng lên mặt trượt (theo phương vuông góc với mặt này).
18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
-

Q: tổng hợp các lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt
trở lên.
β: góc giữa phương mặt trượt và phương nằm ngang.

Các công thức tính hệ số an toàn ổn định trượt như sau:

• Khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu:

• Khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu:

K tr =

K tr =

P ' cosβ + Q sin β − Wdn
.f
Q cos β − P 'sin β

P ' cosβ − Q sin β − Wdn
.f
Q cos β − P 'sin β

Từ các công thức cho thấy công trình tăng thêm ổn định khi mặt trượt nghiêng về phía
thượng lưu. Vì vậy, gặp trường hợp nền đá có cá thớ nằm ngang, hoặc nền nghiêng về
hạ lưu, có thể đào để tạo mặt trượt nghiêng về thượng lưu, hoặc đào tạo thành hình
răng cưa nghiêng về thượng lưu để làm tăng ổng định cho công trình.
Phương pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại cho các công thwucs tính toán đơn giản
nhưng bỏ qua nhiều yếu tố làm tăng ổn định cho công trình (như lực dính kết trên mặt
trượt) nên kết quả thiện về an toàn. Phương pháp này thường chỉ dùng tính toán sơ bộ
chọn mặt đập, lựa chọn phương án.
3.5.2.

Phương pháp xét đến lực chống cắt trên mặt phá hoại

Phương pháp này xét đến thực tế là lực để chông trượt trên một mặt bất kỳ không phải
chỉ có ma sát, mà còn có cả lực dính kết trên mặt đó. Ta có, cường độ chống cắt τ ở
mỗi điểm trên mặt trượt được biểu thì bằng quan hệ sau:

τ = f .σ + C
Trong đó:
-

f và C là các đặc trưng chống cắt trên mặt phá hoại, có ý nghĩa tương tự
như hệ số ma sát và lự dính đơn vị,
τ: ứng suất pháp trên mặt tính toán.

Khi tính ổn định theo phương pháp xét lực chống cắt trên mặt phá hoại, trường hợp
mặt trượt nằm ngang, công thức tính hệ số an toàn về trượt như sau:

K tr =

f .P + A.C

Q

Trong đó:
-

A: diện tích mặt trượt
19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Trường hợp mặt trượt nằm nghiêng, phương pháp này phản ánh gần sát với thực tế làm
việc của công trình hơn. Các hệ số f và C được xác định bằng kết quả thì nghiệm mẫu
và xử lý thống kê các số liệu thí nghiệm. cần chú ý rằng điều kiện thí nghiệm thường
khác nhiều so với tình hình làm việc thực tế của công trình, do đó các trị số của C thu
được từ thực nghiệm thường là thiện lớn. Đặc biệt trị số của C trong thực tế thay đổi
trong một phạm vi rộng. Vì vậy, trị số C trong tính toán phải lấy nhỏ hơn trị số thu
được từ thí nghiệm.

20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ
3.1. CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ
Công trình dâng nước trong cụm đầu mối là đập VLĐP, công trình tràn nối tiếp với
đập dâng là rất phức tạp, hơn nữa với điều kiên địa chất không thuận lợi cho bố trí đập
trạn dạng trọng lực, do đó việc xây dựng công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ
bên bờ là hợp lý nhất.
Dựa vào bình đồ và mặt cắt ngang ta thấy bờ bên trái đập có địa hình ít dốc hơn bờ bên

phải. Tuyến đường tràn tháo lũ 2 bên bờ có chiều dài tương đương nhau, có thể bố trí
được cả 2 phía, nhưng do tuyến công trình lấy nước đặt bên bờ phải nên ta chọn
phương án đặt công trình tháo lũ dạng đường tràn đặt bên bờ trái.
Toàn bộ tuyến được chia thành 4 đoạn và mỗi đoạn được thiết kế tính toán cụ thể theo
các phần dưới đây:
•

Đoạn I: Kênh dẫn vào

•

Đoạn II: Đầu tràn

•

Đoạn III: Kênh tháo sau ngưỡng tràn

•

Đoạn IV: Công trình nối tiếp và tiêu năng

3.2. THIẾT KẾ KÊNH DẪN VÀO
Kênh dẫn có nhiệm vụ dẫn nước chảy vào ngưỡng tràn. Tiết diện kênh tương đối lớn
và thu hẹp dần về phía ngưỡng tràn. Khi chọn cao trình dáy kênh ta phải xét đến:
•

Đáy kênh dẫn vào cao: khối lượng đào ít, nhưng vận tốc trong kênh
lớn điều này dẫn đến phải gia cố mái kênh

•

Đáy kênh dẫn vào thấp: khối lượng đào lớn nhưng không cần gia cố
mái kênh

•

Trường hợp sử dụng kết hợp kênh dẫn của kênh dẫn dòng thi công.

Để chọn được đáy kênh hợp lý ta phải xét cả ba yếu tố trên. Trong đồ án này ta chọn
cao trình đáy kênh là ... , độ dốc trong kênh dẫn vào chọn i=0.

21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
3.2.1. Kênh dẫn vào ngưỡng tràn
Tuyến kênh dẫn vào trong trường hợp này thường cong vì phải dẫn nước từ hồ chứa
vào ngưỡng tràn đặt sâu hơn bờ, nếu bán kính cong bờ lồi quá nhỏ, tại bờ sẽ có hiện
tượng tách dòng, hình thành xoáy nước, làm tăng tổn thất nước, giảm lưu lượng của
khoang tràn biên, và nếu dùng xoáy nước tiến vào sát ngưỡng ràn, chế độ trên dốc
nước sẽ bị ảnh hưởng, đồng thời ảnh hưởng tới đập dâng nước. Đây cũng là một
nguyên nhân sản sinh sóng xiên trong dốc nước, xác định đường viền hai bờ kênh có
thể theo hai phương pháp. Tuy nhiên tính theo phương pháp 1, kênh dẫn tuyến cong
dạng bờ là cung trnn tuy thi công dễ dàng nhưng tổn thất cột nước vẫn còn lớn do
dòng chảy trong đoạn cong gây nên và phân bố lưu lượng trong các khoang đập vẫn
không đồng đều. Theo phương pháp 2 đường viền hai bờ kênh có dạng lý tưởng nhất
là có dạng đường dòng và ngưỡng tràn đặt trùng với đường thế.
Điều kiện đại hình và tuyến công trhhh đầu mối có thể chọn dạng bờ lồi theo đường
dòng ψ1=0,8π và bờ lõm theo đường ψ2=0,6π, ngưỡng tràn đặt trên đường thế ϕ=0.
Để vẽ được các đường viền cần phải chuyển số liệu trên mô hình tính toán vào công

trình thực tế.
Chiều rộng của đpp tràn mô hình tính toán B M là khoảng cách giữa hai giao điểm của
đường dòng ψ1(X1,Y1) và ψ2(X2,Y2) với đường thế ϕ(X,Y) đã được chọn là hai đường
viền của hai bờ và đường tràn được tính theo biểu thức:

BM = ( X 1 − X 2 ) 2 + (Y1 − Y2 ) 2
Trong đó:
-

(X1,Y1) và (X2,Y2): Tọa độ các giao điểm giữa đường hai đường dòng
với đường thế

Hệ số tỷ lệ hình học giữa mô hình và thực tế:

λ=

BT
BM

Trong đó:
-

BT: Chiều rộng tràn thực tế

Xác định các giao điểm của hai đường dòng ψ=0,6π và ψ=0,8π với đường thế ϕ=0;
0,2π; 0,4π; 0,6π; 0,8π; π. Lập bảng tọa độ thực tế của các giao điểm này

22

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

23