đồ án thiết kế đập đất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (196.01 KB, 28 trang )
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
ĐỀ SỐ: B- 15
A-TÀI LIỆU CHO TRƯỚC
I - Nhiệm vụ công trình:
Hồ chứa H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau:
1.
Cấp nước tưới cho 2650ha ruộng đất canh tác
2.
Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân
Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và
phục vụ du lịch.
3.
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 tưới.
III - Tóm tắt một số tài liệu cơ bản
1. Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập có Z min =55 m ; Z max =100 m
2. Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập. Chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi
tích lòng sông cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình. lớp
phong hóa dày 0,5-1m.
3. Vật liệu xây dựng:
a) Đất: Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m 3 ,cự ly
800m), B(trữ lượng 600.000m 3 , cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m 3 , cự ly 1
1
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
km). Chất đất thuộc loại thịt pha cát ,thấm nước tương đối mạnh các chỉ tiêu như ở
bảng1 Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4 km ,trữ lượng đủ làm thiết bị
chống thấm.
b) Đá: Khai thác ở vị trí cách công trình 8 km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bỏ đắp
đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lý: ;
hòn đá)
ϕ = 32o
, n = 0,35 (của đống đá),
γ K = 2,5T / m 3
(của
c) Cát sỏi: Khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3 km, 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
HS
rỗng
n
Loại
Đất đắp đập
0,35
Độ
ẩm
W%
20
ϕ
(độ)
C (T/m2)
γK
k
(m/s)
(T/m
)
Tự
nhiên
Bão
hòa
Tự
nhiên
Bão
hòa
23
20
3,0
2,4
3
1,62
(chế bị)
10-5
4.10-9
Sét (chế bị)
0,42
22
17
13
5,0
3,0
1,58
Cát
0,4
18
30
27
0
0
1,60
Đất nền
0,39
24
26
22
1,0
0,7
1,59
Bảng 2 - Cấp phối của các vật liệu đắp đập
2
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
10-4
10-6
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
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:
-
Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: Bảng 3
- Tràn từ 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 = 3,4 km.
-
ứng với MNLTK : D’ = D + 0,3 = 3,4 + 0,3 = 3,7 km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
5- Tài liệu thiết kế đập đất:
Đề số
Sơ
đồ
Đặc trưng hồ chứa
D (km)
MNC
(m)
MNDBT
(m)
Mực nước hạ lưu (m)
Bình thường
Max
3
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
15
B
3,4
64
82
59,5
62
B- NỘI DUNG THIẾT KẾ
I - Đập đất
1. 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 .
2. 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.
PHẦN THIẾT KẾ
A-NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG:
I - Nhiệm vụ của công trình:
1 - Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng canh tác .
2 - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân .
4
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
3 - Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ,tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du
lịch .
Để thực hiện nhiêm vụ trên cần phải xây dựng các công trình đầu mối:
1 - Đập chính ngăn sông.
2 - Một đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác
3 - Một cống lấy nước tưới đặt dưới đập
II - Chọn tuyến đập:
Theo bình đồ tuyến đập chính (đầu bài A).Chọn tuyến đập A-A như trong bình đồ .
III - Chọn loại đập:
- Đập sử dụng vật liệu tại chỗ tiết kiệm được các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng
đồng thời công tác chuẩn bị không tốn nhiều công sức như các loại đập khác. Vật liệu địa
phương có trữ lượng lớn 2.400.00 m3, là loại đất thịt pha cát đủ tiêu chuẩn dùng để đắp đập
(cấp phối = d60/d10 = 0.08/0.005 = 16), thuận tiện khai thác, vận chuyển thi công ( ba bãi
vật liệu A, B, C nằm tập trung xung quanh tuyến đập, nơi xa nhất 1km, nơi gần nhất
600m) đây chính là những điều kiện quan trọng để đắp đập đất đồng chất.
- Đập đất đồng chất là loại đập có kết cấu đơn giản, dễ thi công, giá thành rẻ so với
các loại đập khác, vì vậy loại đập này được ưu tiên khi xét đến các hình thức đập.
- Đập đất là loại đập có yêu cầu về nền không cao ( có khả năng đắp đập đất trên
mọi nền) nên có khả năng áp dụng rộng rãi, bền và chịu được biến dạng, chấn động tốt.
- Đây là loại đập dễ quản lý, có khả năng tôn cao, đắp dày thêm.
- Thế giới và Việt Nam tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và
quản lý đập đất.
- Ngoài ra, các loại vật liệu dùng để làm các bộ phận như: chống thấm, bảo vệ mái,
tầng lọc ngược... cũng có thể khai thác vận chuyển ở các vị trí cách không xa công trình
đầu mối.
- Vì vậy hình thức đập thiết kế là đập đất đồng chất, không tràn nước, tuyến đập
thẳng, tim đập là mặt cắt B - B trên bình đồ
5
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngược và bảo vệ mái
đập.
IV- CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ:
1. Cấp công trình: Xác định từ hai điều kiện :
a) Theo chiều cao công trình và loại nền :
Cao trình đỉnh đập: Zđỉnh = MNLTK + d (*)
Có : MNLTK = MNDBT +Hmax = 82 +3 = 85 (m)
1,5≤ d≤ 3,0 m chọn d = 3( m)
Thay vào (*) có : Zđỉnh = 85 + 3 = 88 (m)
Cao trình đáy đập được xác định từ mặt cắt địa chất tuyến đập và đáy đập là tầng
bồi tích thềm sông nên phải bóc bỏ đi 1(m) tầng bồi tích này .
Zđáy=52 - 1 = 51m
Dựa vào mặt cắt địa chất tuyến đập cho ta xác định chiều cao đập :
Hđ =Zđỉnh - Zđáy=88 - 51 = 37(m)
Đất nền :
Dựa vào điều kiện địa chất nền với các chỉ tiêu cơ lý ta xác định được :
Đất nền là đất dính, chưa bão hòa nước
Tra bảng P1-1, phụ lục 1 : Cấp thiết kế của công trình theo đặc tính kỹ thuật
các hạng mục công trình thuỷ với các điều kiện :
- Đập vật liệu đất
- Chiều cao đập :37 (m)
- Nền đất thuộc nhóm B.
→
Công trình cấp II
b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tưới cho 2650ha . Tra bảng P1-2, phụ lục 1
6
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
của
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ với các điều kiện :
-Công trình thuỷ nông
-Diện tích tưới : 2650 ha
→
công trình cấp III.
Từ 2 điều kiện trên 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 :
+Tần suất thiết kế : P = 0,5% (tương ứng với chu kỳ lặp 200 năm)
+Tần suất kiểm tra :P=0,1% (tương ứng với chu kỳ lặp 1000 năm)
- 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, các mức bảo đảm sóng (Theo
QPVN 11-77)
Tra 14TCN-157-2005 Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén bảng 4-2:Tần suất gió lớn
nhất tính toán khi xác định cao trình đỉnh đập đất
Với : + Công trình cấp II
+ Mực nước dâng bình thường :
Ta có : Tần suất gió lớn nhất :
P = 2% ⇒ V = 32 (m / s)
+ Mực nước lũ thiết kế:
Ta có : Tần suất gió bình quân lớn nhất : P = 25% ⇒ V = 15,5( m / s)
d. Hệ số an toàn cho phép về ổn định mái đất ( Theo QPVN 11-77 )
Tra Bảng P1-7. Hệ số an toàn cho phép về ổn định mái đất
7
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Với : + Công trình cấp II
+ Tổ hợp tải trọng chủ yếu
Ta có :
Hệ số an toàn cho phép về ổn định mái đất :
[ K ] = 1,3 .
e. Độ vượt cao của đỉnh đập trên đỉnh sóng
Tra 14TCN-157-2005 Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén bảng 4-1.
Với Công trình cấp II.
- Mực nước dâng bình thường chiều cao an toàn :
a = 1,2 (m)
- Mực nước lũ thiết kế chiều cao an toàn:
a' = 1,0 (m)
- Mực nước lũ kiểm tra chiều cao an toàn:
a’’ = 0,3 (m)
IV. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập:
- Xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNDGC.
Z1 = MNDBT +
∆
h + hsl + a
∆h
Z2 = MNDGC +
’ + hsl’ + a’
Z3 = MNLTK + a’’
(1)
(2)
(3)
- Trong đó:
+
∆h
và
∆h
’ : Độ dềnh do gió ứng với gió 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, a’ và a’’: Độ vượt cao an toàn.
Cao trình đỉnh đập được chọn từ trị số lớn nhất trong các kết quả tính theo Z1, Z2, Z3
a. Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT. Xác định
(áp dụng công thức (1)):
* Xác định
Trong đó:
∆h
∆h
∆h
, hsl ứng với gió lớn nhất
V 2 .D
. cosα S
g .H
:
= 2.10-6.
(m)
V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với P=2%: V= 32 (m/s)
D - Đà sóng ứng với MNDBT: D= 3,4.103 (m)
g- Gia tốc trọng trường: g = 9,81 (m/s2)
8
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
H- Chiều sâu nước trước đập (m)
H = ZMNDBT - Zđáy =82 - 51 = 31 (m).
αS
- Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. Theo tài liệu trắc
α
đạc, gió tính toán là vô hướng, nên ta chọn hướng bất lợi nhất = 0.
∆h
322.3,4.10 3
9,81.31
= 2 .10-6.
cos 00 = 0,022(m)
* Xác định hsl: ( Theo QPTL C1-78 ).
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: K1 , K2, K3, K4 - Các hệ số tra trong QPTL C1 - 78
hs1%
- Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%.
- Xác định hs1%: (Theo QPTL C1-78).
−
λ
+ Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu : (H > 0,5 ).Tính các đại
g.t g.D
V V2
lượng không thứ nguyên: ( ,
) trong đó t là thời gian gió thổi liên tục (sec). Khi
không có tài liệu có thể lấy t = 6 giờ (đối với hồ chứa) .
gt 9,81.6.3600
=
= 6621,75
V
32
gD 9,81.3,4.10 3
=
= 32,57
V2
322
Theo đường cong bao phía trên đồ thị ở hình P2-1 xác định được các đại lượng
không thứ nguyên :
−
g h = 0,071
gt
2
= 6621,75 → V −
V
gτ
= 3,7
V
(1)
;
−
g h = 0,011
gD
V 2
=
32
,
75
→
−
V2
gτ
= 1,15
V
(2)
Từ các giá trị tra được chọn cặp (2) là cặp có trị số nhỏ
9
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
−
gτ V
. =
V g
−
τ
=
GVHD: Bùi Quang Cường
32
9,81
1,15.
=3,75 (s) ;
gh V 2
322
.
=
0
,
011
.
= 1,148
−
2
9,81
h V g
=
Bước sóng trung bình
λ
(m)
được xác định như sau :
−
−
λ
=g.
τ2
3,75 2
= 9,81
= 21,96
2π
2.3,14
(m)
−
+ Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu: H > 0,5
λ
−
Thấy:
→
λ
H=31 (m)> 0,5 =0,5.21,96= 10,98 (m)
Giả thiết sóng nước sâu là đúng.
−
h
+ Tính hs1%=k1%. = 2,1. 1,148 = 2,4108 (m)
gD
= 32,75
V2
(K1%= 2,1 , K1% được tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng :
- 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. Chọn độ nhám tương đối mái ∆ = 0,02 m
→
∆
hs1%
=
0,02
≈ 0,0083
2,4108
→
K1 = 0,95 ; K2 =0,85
- Hệ số K3 tra ở bảng P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
Chọn mái dốc đập sơ bộ theo công thức sau:
d
+ Mái thượng lưu : m1 = 0,05H + 2,00 = 0,05.37+2 = 3,85
-> Chọn mái thượng lưu: m1 = 4
d
+Mái hạ lưu : m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05.37+1,5 = 3,35
-> Chọn mái hạ lưu: m2 = 3,5
10
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
→
Với Vgío =32 m/s >20 m/s tra bảng P2-4
K3 = 1,5
λ
- Hệ số K4 tra ở đồ thị hình P2-3; phụ thuộc vào hệ số mái m (m=4) và trị số
λ
hS 1%
Ta có:
⇒
=
21,96
= 9,11
2,4108
→
hS 1%
.
K4 =1,1
hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% = 0,95.0,85.1,5.1,1.2,4108 = 3,21 (m)
∆h
Vậy:
Z1 = MNDBT +
+ hsl + a
= 82 + 0,022 +3,21 + 1,2 = 86,43 (m)
b. Xác định
∆h
'
, h'sl ứng với gió bình quân lớn nhất V’ = 15,5 m/s
Tương tự như xác định
3,7 (km) = 3,7.103 (m)
∆h
, hsl nhưng với V’=15,5 m/s và D’=D + 0,3 =3,4 + 0,3 =
2
* Xác định
∆h
’
∆h
:
V ' .D '
. cos α S
g .H
’
= 2.10-6.
⇒ V = 15,5(m/s)
Trong đó: V’: Là vận tốc gió bình quân lớn nhất: P = 25%
D’: Đà sóng ứng với MNLTK. (D’= 3,4 + 0,3 = 3,7 km)
g: Là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
H’: Là chiều sâu dưới đập
d
H’=MNLTK – Z =MNDBT + H
αB
lợi nhất
αB
,
max
d
- Z = 82 + 3 – 51 = 34(m)
,
: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ với hướng gió, chọn trường hợp bất
o
=0
⇒
∆h ,
15,5 2.3,7.10 3
0
cos 0 = 5,33.10 −3
9,81.34
= 2.10-6.
(m)
* Xác định h’sl:
Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
11
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
h ‘sl(1%) = K1.K2.K3.K4.hs1%
Trong đó:
hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%.
α
K1 , K2, K3, K4 ,K, - Các hệ số
- Xác định hs1% :
−
λ
+ Giả thiết là sóng nước sâu : (H > 0,5 ).
Tính các đại lượng không thứ nguyên:
gt 9,81.6.3600
=
= 13670,7
15,5
V'
gD '
V'
=
2
9,81.3,7.10 3
= 151,08
15,5 2
Tra từ đồ thị xác định các yếu tố của sóng ta có:
−
g h = 0,112
gt
V ' 2
=
13670
,
7
→
−
V'
gτ
' = 4,9
V
−
g h = 0,021
'
gD
V ' 2
=
151
,
08
→
−
2
V'
gτ
' = 1,75
V
(1)
;
Từ các giá trị tra được chọn cặp (2)
−
gτ V '
.
=
V' g
−
τ
=
2
15,5
9,81
1,75.
(2)
= 2,76 (s) ;
gh V '
15,5 2
.
=
0
,
021
.
= 0,514
−
2
9,81
h V' g
=
(m)
−
−
Bước sang trung bình là:
λ
=g.
τ
2,76 2
= 9,81
= 11,9
2π
2.3,14
−
λ
Có H= 39,5 > 0,5 =0,5.11,9 = 5,95
Giả thiết sóng nước sâu là đúng.
−
'
Tính: h
→
(m)
h
s1%
=k1%. = 2,1.0,514 = 1,079 (m)
(Với đại lượng
gD
V '2
=151,08 tra ở đồ thị hình P2-2 được K1% =2,1)
12
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
- Hệ số K1, K2 tra ở bảng P2-3,và nội suy phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và
độ nhám tương đối trên mái. Lấy
∆
→
'
h s1%
0,02
= 0,018
1,079
=
∆
=0,02
→
K1 = 0,91 ; K2 =0,81
- Hệ số K3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
+ Chọn sơ bộ hệ số mái: mtl = 4
→
+ Với Vgio=15,5 m/s tra bảng P2-2 và nội suy
K3 = 1,32
λ
hS 1%
- Hệ số K4 tra ở đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m=4 và trị số
λ
'
h S 1%
=
Ta có:
⇒
11,9
= 11,028
1,079
→
'
h
K4 =1,2
'
sl1%
= K1.K2.K3.K4.h
∆h '
Vậy:
s1%
'
= 0,91.0,81.1,32.1,2.1,079 =1,26 (m)
'
Z2= MNLTK +
+ h sl + a = MNDBT + Hmax +
= (82 + 3 + 5,33.10-3 + 1,26 + 1 = 87,26 (m)
* Cao trình đỉnh đập ứng với mực nước lũ kiểm tra
∆h '
'
'
+ h sl + a
''
Z3= MNLKT + a = MNLTK + 1 + a’’
= 85 + 1 + 0,3 = 86,3 (m)
Chọn cao trình đỉnh đập: Zđ= max(Z1;Z2 ; Z3) = max (86,43; 87,26; 86,3) => Chọn
87,26(m)
≈
88 (m)
Vậy cao trình đỉnh đập là Zđ = 88 (m) .
2. Bề rộng đỉnh đập:
Tại tuyến công trình, việc giao thông không thuận lợi do vậy đỉnh đập không có yêu
cầu giao thông. Vậy ta chọn bề rộng đỉnh đập dựa theo yêu cầu thi công và cấu tạo cũng
như yêu cầu khai thác, quản lý vận hành và sửa chữa đập dễ dàng. Theo tiêu chuẩn 14TCN
157 - 2005, với công trình cấp II ta chọn bề rộng đỉnh đập là: B = 5 (m)
3- Mái đập:
- Chiều cao đập H= Zđđ - Zđáy = 88-51 = 37(m)
13
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Sơ bộ hệ số mái: Do chiều cao của đập H=37m<40m nên mái dốc của đập có thể sơ bộ
định theo công thức đơn giản sau:
+ Mái thượng lưu: mt = 0.05H +2.00 = 0.05*37 +2 = 3.85
+ Mái hạ lưu :
mh = 0.05H + 1.5 = 0.05*37 + 1.5 = 3.35
Lấy mt = 4 ; mh =3.5 (Đây là hệ số mái trung bình)
4- 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.
≤ 5m
- 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 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 cho tầng thấm T=13m > 10 m. Ta chọn phương án: Dùng thiết bị
chống thấm kiểu tường nghiêng +sân phủ.
*) Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:
+) Chiều dày tường (nghiêng hay lõi):
-
-
Trên đỉnh : δ1 ≥ 0,8m ⇒ Chọn δ1 = 1( m)
Dưới đáy: Thường δ2 ≥
H
[J ]
,
Theo TCVN 157-2005, tường làm đất sét, ta chọn
δ2
phải thoả mãn điều kiện:
H
H
≤ δ2 ≤
10
5
Trong đó :
H - là cột nước chênh lệch trước và sau tường
day
H = Hmax= MNLTK – Z
= 85 - 51 = 34(m)
cp
Gradient cho phép của đất đắp bằng đất sét [ J ]
=5
÷ 10
H
H
= 3,4m ≤ δ ≤
= 6,8m
10
5
14
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
δ2
Vậy : Chọn =5,0 (m)
+) Cao trình đỉnh tường nghiêng:
Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng bằng cao trình đỉnh đập đất.
+) Chiều dày sân phủ :
-
-
ở đầu : chọn t1 = 1 (m)
ở cuối chọn: t2
H
≥ [J]
Trong đó: H - Chênh lệch cột nước trên mặt và dưới sân. H = 34 m
J - Gradient thấm cho phép của vật liệu làm sân, J = 8
Vậy: t2
H 34
=
= 4,25
8
≥ [J]
Chọn : t2 =
+) Chiều dài sân phủ:
δ2
=5,0 (m)
Trị số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm qua đập và
nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm của đất nền.
Sơ bộ có thể lấy Ls = (3 ÷ 5) Hmax .Trong đó Hmax= 34 => Ls= 4* 34 = 136 (m).
5- Thiết bị thoát nước thấm đập:
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập.
a) Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước hạ lưu:
HHL max = MNHLmax - Zđáy = 62 - 51 =11 ( m)
HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 59,5 - 51 = 8.5( m)
Chọn thoát nước kiểu lăng trụ.
- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ 1-2m. Chọn 1,5.
- Do đó chiều cao lăng trụ = 11 + 1,5= 12.5m
- Bề rộng đỉnh lăng trụ: chọn b =3m
15
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
- Mái sau của lăng trụ m4 = (1 ÷ 1.5) ⇒ chọn m4=1.5
- Mái trước của lăng trụ m3 =(1.5 ÷ 2) ⇒ chọn m5=1.5
b) Cơ đập:
- Đập cao 37m> 10m nên cần bố trí cơ đập ở mái hạ lưu. Theo phương án thiết kế
ở trên ta lợi dụng luôn tường thoát nước làm cơ đập (bố trí ở cao trình +63.5). Ta bố trí
thêm 1 cơ đập ở cao trình Z= +76m
- Bề rộng cơ Bcơ = 3m như ta đã chọn ở trên thoả mãn yêu cầu giao thông đi lại.
C) Đoạn sườn đồi:
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước chọn thiết bị thoát nước kiểu áp mái.
Cao trình áp mái phải cao hơn điểm của ra của đường bão hòa trên mái hạ lưu
Cần lưu ý, ở chỗ tiếp giáp của thiết bị thoát nước với thân đập và nền phải làm tầng
lọc ngược
CHƯƠNG 3. 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
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 cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập :
-
16
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng ; thiết bị chống thấm,
thoát nước làm việc bình thường.
- Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước max tương ứng.
- Ở thượng lưu nước rút đột ngột
- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường .
- Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng.
Trong phần này chỉ trình bày tính thấm với trường hợp đầu tiên :
Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 82 - 51 = 31(m)
Hạ lưu là mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 59,5 - 51 = 8.5(m)
1
2
(Thượng lưu là MNDBT h = 31m , hạ lưu là mực nước min h = 8,5m tương ứng;
thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường.)
3. Các mặt cắt tính toán:
Tính toán chi tiết cho 2 mặt cắt đại diện :
Mặt cắt 1-1 ở lòng sông
( chỗ tầng thấm dày nhất ).
Mặt cắt 2-2 ở vai đập
( đập trên nền không thấm ).
II - TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT LÒNG SÔNG:
1- Xác định lưu lượng thấm:
+88
+82
1m
m2
+76
m1
5m
1m
kd
13m
+51
m3
m4
h2
h1
+59,5
+63,5
kn
Ls
Sơ đồ thấm qua đập mặt cắt lòng sông.
17
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Vì hệ số thấm của tường nghiêng + sân phủ nhỏ hơn rất nhiều hệ số thấm của nền và đập
nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlốpxki: bỏ qua lưu lượng thấm qua
tường nghiêng sân phủ.
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a0, ta có hệ phương trình sau để xác
định q và h3
Jn =
q = qn = kn .J n .ωn
(với
⇒
n
q=k .
Đoạn thân đập sau h3 :
h1 − h3
Ls + mh3 + 0.44T
(h1 − h3 )T
0.44T + Ls + m1h3
và
ω =T
)
(1)
q = qd + qn
q = Kd
h32 − h2 2
(h3 − h2 )T
+ kn .
2( L − m1.h3 )
L − m1.h3 + 0, 44T − m3 .h2
;
Trong đó:
- Hệ số thấm của đất đắp đập: Kđ = 10-5 m/
- Hệ số thấm của nền kn = 10-6m/s
L = H.m1+B+12m2 + Bc+ 12,5.m2-4*m3
= 37*4 + 5 +12*3,5 +3 +12,5*3,5- 4*1,5= 235,75
LS = 136 m ; T =13 m ; h1 = 31 m ; h2 = 8.5 m
δ
: Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3.m
n : Hệ số điều chỉnh chiều dài đường thấm = 0,44T
Thay và giải hệ phương trình :
31 − h3
31 − h3
−6
q = 13.10−6
÷ = 13*10 .
141.72 + 4* h3
136 + 4h3 + 0, 44.13
(1)
h32 − 8,52
[ h3 − 8.5)] .13
q = 10
+ 10 −6.
2(235, 75 − 4h3 )
235, 75 − 4.h3 + 0, 44.13 − 1,5.8,5
−5
(2)
18
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Dùng phương pháp thử dần để giải hệ phương trình(1)(2) ta được:
h3
q1
q2
q1/q2
1.8498
10
1.502E-06 8.12E-07 2
1.2952
10.5
1.451E-06 1.12E-06 8
1.0808
10.8
1.42E-06
1.31E-06 4
11
1.4E-06
1.45E-06 0.9674
0.6020
12
1.302E-06 2.16E-06 3
h3 = 11 (m)
q = 1,4.10-6(m/s)
b) Phương trình đường bão hòa:
Y = h 23 −
h32 − h22
x
L − m1.h3
Vậy phương trình đường bão hoà là:
Y = 121 − 0, 254 x
+88
-1
37.00
-1
31.00
5.00
136.00
11.00
44.00
3.00
3.00
+51
-1
191.75
Ðu?ng bão hòa
*) Kiểm tra độ bền thấm :
19
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
-1
8.50
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
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 hay nền.
- Với thân đập ,cần đảm bảo điều kiện : J
d
k
h3 − h2
L − m1.h3
d
k
≤
[Jk]đ
11 − 8,55
233, 75 − 4.11
Trong đó : J =
=
≈ 0.0129
Tra Phụ lục P3-3 với công trình cấp II và loại đất làm đập là cát pha thì : [J k]đ = 0.55.
d
k
Ta thấy J ≤ [Jk]đ , như vậy thân đập bảo đảm điều kiện thấm.
- Với nền đập bảo đảm điều kiện :
n
k
n
k
J ≤ [Jk]n
h1 − h2
Ls + L + 0,88.T − m3 .h2
31 − 8, 5
136 + 233, 75 + 0.88*13 − 2 *8.5
Trong đó : J =
=
≈ 0.06
[Jk]n phụ thuộc loại nền và cấp công trình, có thể lấy theo Trugaép . Tra phụ lục P3-2 với
công trình cấp II và đất nền là cát trung bình ta có: [Jk]n = 0.25.
n
k
a)
≤
Ta thấy J
[Jk]n ⇒ nền đập thoả mãn điều kiện độ bền thấm.
3- Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi:
Với tài liệu 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.cao trình đáy đập trên nền đá +68m
Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình dưới) :
20
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
y
5m
+88
+82
m2
m1
kd
+76
ao
h1
1m
+68
L
*) Lưu lượng thấm:
3
0
Theo phương pháp phân đoạn ,lưu lượng thấm q và các độ sâu h ,a được xác định từ hệ
phương trình sau :
h32 − a02
q3 = K d .
2( L − m1h3 − m2 a0 )
a0
q1 = K d .
m2 + 0,5
h 2 − h32 − Z 02
q2 = K 0 . 1
2δ sin α
1
Với
2
3
. q=q = q = q
L =(88-68).4+5+12.3,5+3+(76-68).3,5=158 (m)
h1 = 82 –68 = 14 (m).
δ = (5+1)/2 = 3(m)
m1 = 4 và m2 = 3.5
δsinα ≈0,727 (m)
21
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
x
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Z0 = δcosα =2,91 m
K0 = 4.10-9 (m/s)
Kd = 10-5 (m/s)
h32 − a02
−5
q
=
10
.
3
2(158 − 4h3 − 3,5a0 )
−5 a0
q1 = 10 .
4
2
2
2
−9 14 − h3 − 2,91
q
=
4.10
.
2
2.0, 727
Dùng phương pháp thử dần ta được :
h3
ao
q1
q2
4
0.189 5.65E-07 4.72E-07
4.5
0.401 7.25E-07 1E-06
5
0.396 9.09E-07 9.9E-07
5.2
0.394 9.9E-07
9.85E-07
6
0.384 1.35E-06 9.6E-07
7
0.37
1.9E-06
9.24E-07
q1/q2
1.196791
0.722358
0.918226
1.005184
1.407699
2.053948
a0 = 0.394 (m)
h3 = 5,2 (m)
q = 9,9*10-7 (m/s)
b) Đường bão hòa:
Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:
h32 −
2q
x = 27, 04 − 0.198.x
kd
y=
c) Kiểm tra độ bền thấm:
Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ
≤
[Jkđ]
22
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Trong đó:
h3
5.2
=
= 0.038
L − m1h3 158 − 4*5, 2
Jkđ =
Vậy Jkđ = 0.038 < [Jkđ] = 0.55 ⇒ Đập thoả mản độ bền thấm .
VI - Tính toán ổn định mái đập:
1 - Trường hợp tính toán:
Theo quy định của quy phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định với các
trường hợp sau:
a) 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 MNLTK, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá
hoại (tổ hợp đặc biệt)
b) 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 MNLTK đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ
hợp đặc biệt).
2 - Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt:
a) Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm: Sử dụng 2 phương pháp:
*) Phương pháp Filennít.
Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MN như trên hình vẽ
α = 35.50 ; β = 250
Tra bảng (6-5) Giao trình Thuỷ công ta có với m=3.5 ta có
*)Phương pháp V.V Fanđeep:
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong CDEF như trên hình vẽ.
Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập H đ, tra ở bảng (66) Giáo trình thủy công. Với m = 3.5
R
H
= 3,025
⇒
R=(
r
H
R
H
).H= 3,025*37 = 111,925(m)
r
H
⇒
= 1,25
r = ( ).H = 1.25*37 = 46,25(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 P ở chân đập,
tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K 1, 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 K min ứng với các tâm O trên đường
thẳng AB. Từ vị trí của tâm O ứng với K min đó kẻ đường thẳng X-X vuông góc với đường
23
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
AB. Trên đường X-X ta lại lấy các tâm O khác vách các cung cũng đi qua điểm P 1 ở chân
đập. Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K, theo tâm O ta xác định được trị số K min
ứng với điểm P1 ở chân đập.
Với các điểm P 2, P3... ở trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị
số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với các điểm ra của cung Pi ta tìm được hệ
số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập.
R
m
Để tiện tính toán ta có thể lấy chiều rộng b =
(lấy m =10)
Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra P1 ở chân đập.
b) 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 các cung trượt như hình vẽ sau
B
R
O3
O1
O2
A
M1
108.19
r
5.00
3.00
7
31.00
5.41
6
5
4
8.50
3
2
1
0
-1
-2
-3
H
24
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
Đồ án Đập và Hồ Chứa
GVHD: Bùi Quang Cường
Các Sơ Đồ cung trượt
Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng như hình vẽ. Ta có công thức tính toán sau:
K=
∑ (Nn − Wn )tgϕ n + ∑ Cn.ln
∑ Tn
Trong đó:
ϕ n,Cn :
Là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
ln: Là bề rộng đáy dải thứ n
Wn: áp lực thấm ở đáy dải thứ n
γ n.hn.ln
Wn =
hn: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải.
Nn, Tn: Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải n là Gn
Nn = Gncosαn , Tn = Gn.sinαn
(∑ γ i .hi )n
Gn = b(
Trong đó:
hi: Là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là γi
(γi với đất trên sân nền bão hòa: Lấy γi tn ; còn dưới đất đường bão hòa lấy theo γi bh)
Các thông số tính toán:
γo = γwđập = γkđập(1 + w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944 (T/m3)
γ1 = γbhđập = γkđập +n. γn = 1,62 + 0,35.1 = 1,97 (T/m3)
γ2 = γbhnền = γknền +n. γn = 1,59 + 0,39.1 = 1,98 (T/m3)
γ3 = γwthiết bị thoát nước = γkđá = 2,5(T/m3)
γ4 = γbhthiết bị thoát nước = γkđá +n. γn = 2,5 + 0,35.1 = 2,85(T/m3)
ho: Chiều cao từ mái đập đến đường bão hòa
h1: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập
h2: Chiều cao từ đáy đập đến đáy cung trượt
h3: Chiều cao từ mái và đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa
h4: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước)
25
SVTH: Nguyễn Hồng Đăng
Lớp: 51CTL1
