Thiết kế đập bêtông trọng lực

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi
PhầnI : NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN.
Đề số 12 : (8-6-9).
-Thiết kế đập BTTL theo phương pháp tỷ lệ đương thẳng
-Thiết kế đập đồng chất có tường nghiêng và chân khay
-Thiết kế đập đá có tường nghiêng
Sinh viên: Nguễn Duy Tuyên
Ngày giao:14/01/2005.
Ngày nộp:04/2005.
I/ Số liệu ban đầu.
1.1.Tài liệu địa chất:
Loại đất:
γ
0
(T/m
3
)
γ
a
(T/m
3
)
σ
kG/cm
2
T
m
k
1
(m/s)
k

2
m/24h
k
3
m/24h
1.5 1,7 0.8 8 10
-7
0,4 0,004
θ
S
1
(m) S
2
(m) S
3
(m) C (T/m
2
) f t (m)
23 0 2.9 0 1 0.7
k
1
-Hệ số thấm của đất nền.
k
2
-Hệ số thấm của đập.
k
3
-Hệ số thấm của tường.
1.2.Tài liệu về thuỷ văn:
Mực nước

TL
H
1
(m)
Mực nước
HL
Chiều cao sóng
H
s
(m)
Bước sóng TB λ
(m)
Hệ số thấm
α
1
28 0 4.1 22 0,5
II.Yêu cầu:
STT Công Việc Tiến độ
(tuần)
Thực
hiện
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thước của tường nghiêng và chân khay
3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập.
4 Xác định các lực tác dụng lên đập.
5
Kiểm tra ổn định của đập:
-Kiểm tra ổn định trượt phẳng.
-Kiểm tra ổn định lật.
-Kiểm tra ổn định trượt của mái dốc theo phương

pháp trượt cung tròn.
SV: NGUYỄN DUY TUYÊN LỚP: CTT-42-ĐH2 TRANG:1
Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi
Phần II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN.
Chương1:THIẾT KẾ ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC.
Số liệu :
-Mực nước thượng lưu : H
1
= 28
-Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
-Trọng lượng riêng của tường : γ
đ
= 2.3m
3
-Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-7
cm/s
-Lực dính : C = 1 T/m
2

-Hệ số ma sát f=0,7
-Chiều sâu tầng không thấm : 8 m
-Chiều sâu cừ giữa: 2,5m.
I. Xác định bề dày của đập :
-Ta thiết kế cho đẩp trọng lực tràn nước .
1. Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 28+ 1.5 = 29.5 m
2. Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất và điều kiện trượt.
Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 29.5m và chiều rộng đáy là B
hình chiếu mái thượng lưu là nB ,hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B.
- Có n=1-
γ
γ
2
1
=>n=-0.1.Vì n=-0,1 nghĩa là mái dốc thượng lưu đập có độ dốc
ngược ,gây khó khăn cho việc thi công ,mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo
trên mặt hạ lưu,do đó lấy n=0. Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức
sau:

1
1
α
γ
γ
−
=
h
B
(lấy α
1
=0,5)⇒B=0,78.h
=>B=23m.Và thoả mãn ổn định trựơt vì B∈[0,87.h;0,7.h].
3.Mái dốc thân đập :
Mái dốc đập thượng lưu : m

0
= 0
Mái dốc đập hạ lưu : m
1
= 0,7
4.Xác định ứng suất của đập.
- ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có
SV: NGUYỄN DUY TUYÊN LỚP: CTT-42-ĐH2 TRANG:2
Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi
thể xác định theo công thức nén lệch tâm

2
0
.6
B
M
B
G
∑∑
±=
σ
Trong đó
ΣG= W
2
+G- W
t
W
2
:áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0)
G:Trọng lượng bản thân công trình

W
t
:áp lực đẩy nổi dưới đáy đập

2
.
.
2
..
2
.
11
hBhBnhB
G
γαγγ
−+=
∑

α
1
:Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)
γ
1
:Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (=2,2T/m
3
)
γ :Trọng lượng riêng của nước (=1T/m
3
)

3
2
.
2
)
32
(
2
..
.
6
.
2
.
3
.
2
11
2
0






−
−−−+=
∑
nB

B
BhnBBhBnBhBhh
M
γγγαγ
-Thay số ta có ΣG=424T
ΣM
0
= 2172T.m
Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập là:

2
0
.6
B
M
B
G
∑∑
±=
σ
Thay số vào ta có σ=
2
23
21726
23
424
×
±
σ
max

=43.07T/m
2
σ
min
=-6.2T/m
2
Các giá trị trên đều nhỏ hơn cường độ tính toán của bê tông về khả năng chịu
kéo và nén.
5.Kiểm tra lại điều kiện ổn định trượt của đập.
-Ta có điều kiện ổn định trượt của đập là:


∑
=
GfWK
c
..
1
Trong đó
f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.6)
K
c
:Hệ số an toàn ổn định của đập (=1)
SV: NGUYỄN DUY TUYÊN LỚP: CTT-42-ĐH2 TRANG:3
Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi
ΣG:Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt
W
1
:áp lực nước nằm ngang tác dụng lên mái đập thượng lưu

n
HW
γ
..
2
1
2
11
=
=>W
1
=392 T
Ta có:
ΣG= W
2
+G- W
t
Trong đó:
G:Trọng lượng bản thân công trình G=1/2.
(b+B).H.γ
đ
=1/2*(5+23)*29.5*2.3=950T.
W
2
:áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0)
W
t
:áp lực đẩy nổi dưới đáy đập

1

....
2
1
αγ
nt
hBW
=
α
1
:Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)
=>W
t
=1/2*23*29.5*1*0,5=170 T
Vậy ΣG= W
2
+G- W
t
=950-170=780 T.
⇒Ta có :
W
1
=392T<f.ΣG=0,7.780=564T. Đập là ổn định với kích thước trên .
II.Xác định lưu lượng thấm qua đáy đập theo phương pháp hệ số sức
kháng.
Đây là phương pháp gần đúng để xác định lưu lượng thấm qua đáy
đập.Trong thực tế xây dựng các đoạn thẳng đường viền có thể chia làm 3
bộ phận:
-Bộ phận cửa vào có cừ thượng lưu.
-Bộ phận giữa thường có cừ.
-Bộ phận cửa ra có cừ hạ lưu.

Khi đó lưu lượng thấm qua đập được xác định theo công thức sau:
∑
=
i
Hk
q
ξ
.
(1-1).
Trong đó:
H-Độ chênh cột nước trên các đoạn đường viền.(H=28m).
k-Hệ số thấm. (k=10
-7
m/s).
rcnnvi
ξξξξξξ
++++=
∑
'''
ξ
c
-Hệ số sức kháng của cừ.
ξ
v
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa vào.
ξ
r
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa ra.
ξ
n’

ξ
n’’
-Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang.
Trong trường hợp tổng quát ta có:
SV: NGUYỄN DUY TUYÊN LỚP: CTT-42-ĐH2 TRANG:4
Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi
ξ
c
=
2
1
2
1
2
1
1
1
.75,01
.5,0
.5,1
T
S
T
S
T
S
T
a
−
++

(1-2).
ξ
v
=ξ
r
=
cb
ξξ
++
44,0
(1-3)
ξ
n’
+ ξ
n’’
=ξ
n
=
T
SSl ).(5,0
12
−−
(1-4).
Với:
S
1
=0
S
2
=3m-Chiều sâu cừ giữa.

S
3
=0
T
1
;T
2
;T-Lần lượt là chiều sâu tầng thấm ở sân trước ,sân sau và thượng lưu.
a
1
; ξ
b
-Lần lượt là chiều cao bậc và hệ số sức kháng của bậc.
Theo giả thiết ta chọn công trình không có bậc a
1
=0; ξ
b
=0 và
T=T
1
=T
2
=8m. Ta có sơ đồ tính như sau:
TÇng Kh«ng thÊm nuíc
Thay các giá trị trên vào công thức 1-2 ;1-3; 1-4 ta có:
ξ
c
=0; ξ
v
=ξ

r
=0.44 ; ξ
n
=2.375.
⇒
815.2
=
∑
i
ξ
Từ công thức 1-1 ta có q=8.17.10
-7
m
3
/s.
Vậy qua tính toán ta có lưu lượng thấm qua nền công trình là q=8.17.10
-7
m
3
/s.
III.Xác định tải trọng tác dụng lên đập.
Tải trọng tác dụng lên đập gồm có : Tải trọng bản thân , tải trọng sóng, áp lực
nước áp lực đẩy nổi.
3.1.Xác định tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng tường đứng.
Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình là:
SV: NGUYỄN DUY TUYÊN LỚP: CTT-42-ĐH2 TRANG:5
Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi
).
2
.(..

max
h
HhkP
d
+=
γ
(1-5).
Mô men lớn nhất tác dụng lên công trình là:
)
22
.
12
.(..
22
max
HHhh
hkM
m
++=
λ
(1-6).
Trong đó:
k
m
;k
d
- Là hệ số phụ thuộc vào tỷ số
λ
h
và

H
λ
được tra theo bảng 2.5 giáo
trình thuỷ công .Với
λ
h
=0.186 và
H
λ
=0.957 ta có k
m
=0.25 ; k
d
=0.28.
λ-Chiều dài sóng (λ=14,5m).
h=4.1m-Chiều cao sóng.
H=28 m-Chiều cao cột nước thượng lưu.
γ=1T/m
3
-trọng lượng riêng của nứơc.
Thay số vào các công thức 1-5 ;1-6 ta có P
max
=28.76T; M
max
=705.9Tm.
3.2.Xác định tải trọng bản thân, áp lực nước, áp lực đẩy nổi.
Các tải trọng này được tính toán ở phần trên .Vậy ta có sơ đồ lực như sau:
TÇng Kh«ng thÊm nuíc
Fnc
IV.Tính toán ổn định công trình.

4.1.Xác định ổn định trượt của công trình.
Do việc xác định bề rộng đập thoả mãn điều kiện trượt phẳng. Tuy
nhiên công trình có thêm cừ càng làm tăng ổn định. Vậy ta không cần kiểm tra
điều kiện này.
4.2.Tính toán ổn định lật của công trình quanh điểm A.
Từ sơ đồ lực như trên ta có:
Tổng mô men giữ là:
M
g
=442.5*21+763.75*12=18447Tm.
Tổng mô men lật là:
SV: NGUYỄN DUY TUYÊN LỚP: CTT-42-ĐH2 TRANG:6