ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

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

Đồ án được giao đề số : 69

-

Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 69)

-

Địa chất:
Bảng SL1. Địa chất nền
Tên lớp nền

Loại nền

Chiều dày(m)

1

2- Sỏi sạn

0,5m

2

6- Á sét

36m

3

7- Sét

80m

Bảng SL2. Chỉ tiêu cơ lý của nền đập
Loại
nền

Đường thành
phần hạt

K

Δ

ɣtn

Øtn

Ctn

Øbh

Cbh

Độ

T/m2

Độ

T/m2

N

Dhạt

P%

cm/s

T/m3

T/m3

2

>2

>50

10-1÷
1

2,6÷
2,7

1,85÷2,
1

0,35÷
0,41

34÷
38

0

34÷
38

0

6

>0,005

>50

10-5÷
10-6

2,64÷
2,68

1,75÷
1.95

0,37÷
0,40

18÷
22

2,5÷
3,2

18÷
22

2,5÷
3,2

7

<0,005

>50

10-6÷
10-8

2,7÷
2,92

2,66÷
2,7

0,36÷0,4
1

18÷
22

4,5÷5

18÷22

4,5÷5

Trang:1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Bảng SL3. Tính chất cơ lý của vật liệu đắp đập
Đường thành
phần hạt

Loại
nền

7

-

K

Δ

ɣtn

Øtn

Ctn

Øbh

Cbh

Độ

T/m2

Độ

T/m2

18÷
22

4,5÷5

18÷22

4,5÷5

N

3

Dhạt

P%

cm/s

T/m

<0,005

>50

10-6÷
10-8

2,7÷
2,92

T/m

3

2,66÷
2,7

0,36÷0,4
1

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

121

123,4

108

101,8

92

1377 1967

Bảng SL5. Đường quan hệ giữa lưu lượng và mực nước hạ lưu
Zhl(m)

93

95

97

100

102

104

107

112

Q(m3/s
)

9

103

316

885

1447

2066

3465

7294

Bảng SL6. Tài liệu gió
Trường hợp

Mực nước dâng bình
thường

Mực nước kiểm tra

Đà gió D (m)

DP%=4050

D50%=4320

Vận tốc gió ( m/s)

WP%=21,6

W50%=16,2

Trang: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 73m, 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 130m, thấp nhất là
100m, đấy sông ở cao trình 92m.
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 = 1377 m3/s
Qkt = 1967 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)
Trang:3

Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu


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

1377

1967

100

105

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:
-

Trang:4

Lớp 1: lớp sỏi sạn với chiều dày 0,5m; 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


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
-

-

Lớp 2: lớp á sét dày 36m 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 sét dày 80m.

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:
-

Trang:5

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


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.

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.

Trang:6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
2.1.2.

Chọn tuyến xây dựng công trình

Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt ở chỗ hẹp nhất vào khoảng 256,39m, nếu bố trí
tuyến ở đây chiều dài tuyến khoảng 484,73m. Tuyến áp lực có thể chọn tại vị trí tựa
vào hai bờ, 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

Trang:7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
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
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.
• 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.
2.2.2.

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.

Trang: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 á sét và sét 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 đất đồng chất.
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
Ta có:

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 = 123.4m

∇ dd = 123, 4 + 2 = 125, 4(m)

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

H max = ∇ dd − CTDS = 125, 4 − 92 = 33, 4(m)
Theo bảng 2.2 (trang 5, TCXDVN-285-2002) Nền đập là nền đá và chiều cao là 33,4
nên cấp công trình là cấp III.

Trang: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

121

MNKT

123,4

MNC

108

T

21600
s

Cao trình đáy sông

92

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= 121m

MNKT= 123,4

Cột nước trước đập H(m)

H1= 29m

H2= 31,4

Đà gió D(m)

D= 4050m

D= 4320m

Vận tốc gió W

W= 21,6m/s

W= 16,2m/s

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

Ta tính cho 2 trường hợp:
Trang:10

Sơ đồ tính toán cao trình đỉnh đập

•

∇ dd = MNTL + d

•

d = ∆ h + hs1 + a

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
∆H =

2.10−6.W 2 .D
cosα
G.H

Lần lượt thay số vào ta có:
- ΔH1 = 0,0133m trường hợp MNDBT

- ΔH2 = 0,007m 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
 
2 
w  
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.

λ =

Trang:11

g .τ 2
2.π


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

0,78

1,1

λ

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

1

0,9

1,5

1,92

2,35

1,83

4,74

MNKT

1

0,9

1,32

1,95

2,43

2,67

6,18

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
Trang:12

MNDBT= 121

MNKT= 123,4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Độ vượt cao an toàn
A(m)

Bảng 1.1.1.1.a.7.

0,7

0,2

Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập

Trường hợp tính toán

MNDBT= 121

MNKT= 123,4

Cao trình đỉnh đập (m)

126,45

129,78

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 130m.
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 = 0,1.38 = 3,8m
Trong đó: HDlà chiều cao đập HD = CTDĐ-CTĐS=130-92=38m.
• 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 đảmbảo 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.
Trang: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:
• Mái thượng lưu: m1=3 và 3,25
• Mái hạ lưu: m2=2,75 và 3
b)

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 hạ lưu đặt 1 cơ, ta đặt ở cao trình 112m.
3.3.3.
Tính chất gia cố và cấu tạo mái dốc thượng lưu (Tính toán cho cả 2
trường hợp)
Mục đích chủ yếu của việc gia cố mái dốc thượng lưu là đề phòng xói do sóng gây
ra,đồng thời có thể loại trừ các hiện tượng nguy hiểm cho mái dốc như dông chảy có
lưu lượng lớn vào cửa công trinh lấy nước,đất sét trong thân đập co nở vì sự thay đổi

của nhiệt độ,nước mưa,xói mòn mái dốc,rễ cây ăn sâu vào thân đập,động vật đào
hang…thông thường khi tính toán lớp gia cố mà đảm bảo được ổn định dưới tác dụng
Trang:14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
của sóng thì đồng thời cũng loại trừ được những nguy hiểm khác,cho neenkhi tinh toan
gia cố mái đều dựa trên cơ sở lực tác dụng của sóng.
Gia cố mái dốc thượng lưu thường dùng các hình thức:
-Đá đổ
-Đá xây khan
-Tấm bê tông cốt thép
-Bê tông nhựa đường
A) Gia cố mái thượng lưu bằng mái lát khan
Việc xác định đường kinh tính toán của đá khi gia cố mái bằng hình thức đá đổ,sử
dụng công thức của Sankin
Dc = 2,23
Trong đó:
•

A=0,45 hệ số được lấy bằng đá đổ

•

ɣnc: :Dung trọng của nước ɣnc=1T/M3

•

ɣĐá :Dung trọng của đá lát khan ɣĐá=1,95T/M3

•

H : Chiều cao sóng tính toán H = H1% =3.40M

•

M : Hệ số mái dốc thượng lưu.

Thay số vào ta có
Chiều dày lớp gia cố phải lớn hơn D c= .đảm bảo an toan cho mái dốc đập,chọn chiều
dày lớp đá đổ gia cố T=.
B) Phạm vi gia cố mái.
Giới hạn trên của phần gia cố ta lấy đến đỉnh đập.giới hạn dưới của phần gia cố chủ
yếu lấy dưới mực nước thấp nhất hay mực nước chết của hồ một đoạn :
Z=2.H1%=2.2,67=5,34m
Vậy giới hạn dưới của phần gia cố cơ bản ở cao trình 108-5,34=102,66m.Phần mái dốc
nằm dưới đoạn gia cố cơ bản ta cần gia cố nhẹ bởi vì ở đây lưu tốc sóng có thể còn lớn
và gây xói lở mái dốc.

Trang:15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Dựa vào nguồn vật liệu và tay nghề thi công,hình thức gia cố mái dốc thượng lưu cho
công trình này là bằng đá lát khan.
1.1.2. Gia cố mái hạ lưu.
Dưới tác dụng của gió mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưu
cho nên cần bảo vệ.Phủ một lớp đất dày 0,05m lên mái hạ lưu rồi trồng cỏ lên
trên.Chiều cao tương đối lớn,mưa có thể gây nên xói lở lớp gia cố,nhất là phần dưới
thấp của mái dốc.Đề phòng hiện tượng này cần làm một hệ thống khung vừa giữ ổn

định các ô trồng cỏ vừa làm rãnh thoát nước trên toan bộ mái dốc.Kich thước khương
chọn 2x2m đặt thẳng góc với nhau và xiên với mặt đập một góc 45 độ bên trong ranh
được điền đầy sỏi.
1.1.3. Thiết kế và thoát nước
A)Thoát nước tại lòng sông
Nước thấm qua đập đất có mặt tự do ( mặt bão hòa ) và dông thấm có thể ra mái dốc
hạ lưu gây mất ổn định mái đập.Vì vậy điều cần thiết là phải hạ thấp đường bão hòa
bằng cách bố trí vật thoát nước tại chân mái hạ lưu đập và thoát nước cần đảm bảo các
yêu cầu :
-

Đủ khả năng thoát nước và thường xuyên làm việc tốt
Bảo đảm đường bão hòa không ra mái dốc hạ lưu
Không cho phép xói ngầm thân đập và nền đập
Không cho phép xói ngầm bản thân vật thoát nước

Phía hạ lưu đập là có nước và để có thể tận dụng được phần đê quây bằng đá đổ trong
thời gian thi công,ta lựa chọn phương án vật thoát nước là dạng vật thoát nước lăng trụ
cao trình đỉnh vật thoát nước
Ta lấy cao trình đỉnh vật thoát nước lăng trụ là
và chọn chiều rộng đỉnh vật
thoát nước Bvtn=.hệ số mái dốc thượng lưu M1=1,5 hệ số mái đốc hạ lưu M2=1,75. Vật
liệu làm vật thoát nước là đá độn
B) Thoát nước hai bên bờ
Đối với các loại đập nằm hai bên bờ nơi hạ lưu không có nước thì dạng vật thoát nước
hay được sử dụng nhất là :
-

Vật thoát nước ống dọc
Vật thoát nước gối phẳng

Hai dạng vật thoát nước này có ưu điểm là hạ thấp được đường bão hòa,nhưng do nằm
trong thân đập nên công tác sửa chữa khi hỏng hóc là rất khó khăn.

Trang:16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
Đối với đạp dâng trong đồ án này,việc chọn dạng thoát nước ống dọc là tốt hơn cả vì
nó đảm bảo cho cả thoát nước nền đập là á sét và ít tốn vật liệu nhất.
Vật thoát nước ống dọc có thế được làm bằng đá hoặc ống bê tông xốp và có lỗ rỗng,
xung quanh có tầng lọc ngược
Khoảng cách hợp lý từ đường bão hòa tới mái dốc hạ lưu phải xác định trên cơ sở kinh
tế kĩ thuật.Vị trí vật thoát nước căng xa thì đường bão hòa căng được hạ thấp và
khoảng cách từ đường bão hòa ra mái dốc hạ lưu căng lớn.Nhưng đồng thời Gradient
thấm qua thân đập và lưu lượng thấm căng tăng.Vị trí đặt vật thoát nước ống dọc cách
chân hạ lưu khoảng 1/5 chiều rộng đáy đập bằng 48m
Xác định mặt cắt ngang của ống dọc theo các công thức trong tài liệu
Khả năng thoát nước trong ống dọc tính bằng
Trong đó :
-

Qo : lưu lượng thoát nước trong ống dọc
Wo : diện tích mặt cắt ngang của ống dọc
Ko : hệ số thấm của ống dọc =10m/s
Io : độ dốc của ống dọc = 0,001

Khả năng thoát nước trong dải ngang
Trong đó :
-

Qg :lưu lượng thoát nước trong dải ngang
Wg :diện tích mặt cắt ngang của dải ngang
Kg : hệ số thấm của dải ngang =10m/s
Ig : độ dốc của dải ngang = 0,001

Lưu lượng thấm trong ống dọc hoặc dải ngang tính bằng:
Q = Q.B.N
Trong đó :
-

Q = 2,3.10-3 m3/s : lưu lượng thấm
B = 50m : khoảng cách giữa hai dải ngang
N : hệ số an toan bằng 2

Xác định mặt cắt ngang cảu ống dọc Wo bằng cách cân bằng Qo=Q
Thiết kế mặt cắt ngang ống dọc dạng hình lục giác có kích thước thể hiện trong hình
Xác định mặt cắt ngang của dải ngang Wg bằng cách cân bằng Qg = Q.Tương tự có
diện tích mặt cắt ngang dải ngang =.Thiết kế mặt cắt ngang dải ngang dạng hình vuông
có kích thước 4,8x4,8m.

Trang:17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
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 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 1.1.3.1.a.1.1

Trang:18

Mặt cắt ngang đập


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THẤM VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI
ĐẬP
Có 2 trường hợp tính toán thấm và ổn định mái đập:
• Thượng lưu là MNDBT và hạ lưu không có nước.
• Thượng lưu là MNKT và hạ lưu có nước (=MNHL).
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:
Trang:19

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


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
-

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.
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

Trang:20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
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).
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:
-

Trang:21

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.


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY
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

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
đượctừ thí nghiệm

Trang:22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Trang:23