ĐỒ ÁN THỦY CÔNG I - THUYẾT MINH - PDF - BÁCH KHOA

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................................... 3
BẢNG KÝ HIỆU, VIẾT TẮT .................................................................................................... 5
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN .............................................................................................................. 6
1. Mặt bằng khu vực, mặt cắt dọc tuyến đập ..................................................................... 6
2. Số liệu địa chất .............................................................................................................. 7
3. Số liệu thủy văn hồ chứa ............................................................................................... 7
4. Số liệu điều tiết lũ .......................................................................................................... 7
PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ ..................................................................................... 8
I.

Mục đích, phương pháp tính toán ........................................................................................ 8

II. Tính toán điều tiết lũ ............................................................................................................ 8
1. Trường hợp lũ thiết kế ................................................................................................... 8
1.1. Phương pháp giải tích đơn giản: ............................................................................. 8
1.2. Tính toán với lưu lượng lũ thực ............................................................................ 10
2. Tính theo trường hợp lũ kiểm tra................................................................................. 13
PHẦN II: THIẾT KẾ ĐẬP CHẮN NƯỚC .............................................................................. 15
I.

Thiết kế sơ bộ mặt cắt ngang đập ....................................................................................... 15
1. Xác định sơ bộ cấp công trình ..................................................................................... 15
2. Xác định bề rộng đỉnh đập........................................................................................... 15
3. Mái đập, cơ đập và bề rộng đáy đập ............................................................................ 15
3.1. Mái đập ................................................................................................................. 15
3.2. Cơ đập ................................................................................................................... 17
3.3. Bề rộng đáy đập .................................................................................................... 17
4. Bộ phận chống thấm (BPCT) ...................................................................................... 17
4.1. Nhiệm vụ ............................................................................................................... 17
4.2. Xác định chiều dài đập:......................................................................................... 17

4.3. Kiểm tra lưu lượng thấm ....................................................................................... 18
5. Bộ phận thoát nước (BPTN) ........................................................................................ 19

II. Tính toán cao trình đỉnh đập thiết kế ................................................................................. 19
1. Trường hợp tính theo ZMNDBT ..................................................................................... 20
2. Trường hợp tính theo ZMNLNTK ................................................................................... 22


3. Trường hợp tính theo mực nước ZMNLNKT .................................................................. 22
III. Tính toán thấm qua thân đập .............................................................................................. 22
1. Mục đích, trường hợp và số liệu tính thấm ................................................................. 22
1.1. Mục đích ............................................................................................................... 22
1.2. Các trường hợp (tổ hợp) tính thấm ....................................................................... 23
1.3. Số liệu tính thấm ................................................................................................... 23
2. Tính toán thấm ............................................................................................................. 23
2.1. Trường hợp 1: ZMNTL = ZMNDBT , ZMNHL thấp nhất............................................. 24
2.2. Trường hợp 2: ZMNTL = ZMNLNTK , ZMNHL cao nhất .............................................. 25
3. Tính toán ổn định mái dốc của đập đất........................................................................ 26
3.1. Chỉ tiêu cơ lý của đập............................................................................................ 26
3.2. Các trường hợp, kết quả tính toán ......................................................................... 26
PHẦN III: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ .................................................................. 29
I.

Mục đích, đặc điểm thiết kế và cấu tạo CTTL ................................................................... 29
1. Mục đích thiết kế ......................................................................................................... 29
2. Đăc điểm thiết kế ......................................................................................................... 29
3. Cấu tạo công trình tháo lũ............................................................................................ 29

II. Tính toán thiết kế ............................................................................................................... 29
1. Phân đoạn dẫn vào ....................................................................................................... 29

2. Phân đoạn tràn ............................................................................................................. 31
3. Phân đoạn nối tiếp: Thiết kế dốc nước ........................................................................ 32
3.1. Nhiệm vụ, số liệu tính toán: .................................................................................. 32
3.2. Thiết kế đoạn chuyển tiếp ..................................................................................... 32
3.3. Tính toán thủy lực dốc nước ................................................................................. 32
4. Phân đoạn dẫn ra.......................................................................................................... 35
4.1. Thiết kế kênh dẫn hạ lưu ....................................................................................... 35
4.2. Tiêu năng sau dốc nước ........................................................................................ 36


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Mặt bằng khu vực C – Tỷ lệ 1/5000 ................................................................................. 6
Hình 2. Biểu đồ lưu lượng lũ vào hồ............................................................................................. 7
Hình 3. Biểu đồ lũ kiểm tra ........................................................................................................... 8
Hình 4. Biểu đồ lũ thiết kế ............................................................................................................ 8
Hình 5. Biểu đồ qua hệ giữa Bt và H .......................................................................................... 10
Hình 6. Đường MNGC ứng với trường hợp lũ thiết kế .............................................................. 12
Hình 7. Lưu lượng vào và lưu lượng ra khỏi hồ ......................................................................... 12
Hình 8. Đường MNGC ứng với trường hợp lũ kiểm tra ............................................................. 14
Hình 9. Lưu lượng vào và lưu lượng ra khỏi hồ ......................................................................... 14
Hình 10. Gia cố mái đập thượng lưu .......................................................................................... 16
Hình 11. Gia cố mái đập hạ lưu ................................................................................................. 16
Hình 12. Mặt cắt ngang địa hình dọc tuyến đập ....................................................................... 17
Hình 13. Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập đồng chất ............................................... 18
Hình 14. Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập có BPCT ................................................ 18
Hình 15. BPCT và BPTN của đập .............................................................................................. 19
Hình 16. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH1 – Đập có VTN ............................................. 24
Hình 17. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH1 - Đập không có VTN ................................... 24
Hình 18. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH2 - Đập có VTN .............................................. 25
Hình 19. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH2 - Đập không có VTN ................................... 26

Hình 20. Khối trượt và hệ số an toàn TH1 - Tố hợp cơ bản....................................................... 27
Hình 21. Đường bão hòa và hệ số an toàn TH1 - Tố hợp đặc biệt ............................................ 27
Hình 22. Đường bão hòa và hệ số an toàn TH2 - Tổ hợp cơ bản .............................................. 28
Hình 23. Cấu tạo công trình tháo lũ trên mặt ............................................................................ 29
Hình 24. Tường cánh TL ............................................................................................................. 31
Hình 25. Đường mặt nước trong dốc nước................................................................................. 35
Hình 26. Sơ đô tính bể tiêu năng ................................................................................................ 36
Hình 27. Kích thước bể tiêu năng ............................................................................................... 38
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Tính chất cơ lý của đất đắp có sẵn tại địa phương ......................................................... 7
Bảng 2. Tính chất cơ lý của đất nền tại khu vực thiết kế .............................................................. 7
Bảng 3. Số liệu thủy văn hồ chứa ................................................................................................. 7
Bảng 4. Các hệ số dùng trong tính toán điều tiết lũ ..................................................................... 7
Bảng 5. Các trường hợp tính toán điều tiết lũ .............................................................................. 8
Bảng 6. Kết quả tính bề rộng tràn 𝐵𝑡 ........................................................................................... 9
Bảng 7. MNLNTK theo phương pháp điều tiết lũ thực ............................................................... 11
Bảng 8. MNLKT theo phương pháp điiều tiết lũ thực ................................................................ 13
Bảng 9. Độ vượt cao an toàn a (m) ............................................................................................ 20
Bảng 10. Bảng tra hệ số kinh nghiệm Kw ................................................................................... 21
3


Bảng 11. Bảng tra hệ số tần suất Kp .......................................................................................... 21
Bảng 12. Các trường hợp tính thấm qua đập ............................................................................. 23
Bảng 13. Tổ hợp tính ổn định TH1 ............................................................................................. 26
Bảng 14. Tổ hợp tính ổn định TH2 ............................................................................................. 28
Bảng 15. Kết quả tính toán thủy lực dốc nước ........................................................................... 34

4

BẢNG KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
Ký hiệu
C
D
K
Q
Qlũ
Vhồ
T
t
Z
Zha
ε
φ
ω
n
ω10
Bt
Qm
qm
H
MNC
ZMNDBT
ZMNLNTK
ZMNLNKT
ZMNGC
BPCT
BPTN
TL

HL
VTN
CTTL
γ
Kp
Kw
KΔ
hs
hsl
Ls

Ý nghĩa, đơn vị
Lực dính (kPa)
Đà sóng (km)
Hệ số thấm (m/s)
Lưu lượng nước sông (m3/s)
Lưu lượng nước lũ đổ về hồ (m3/s)
Dung tích hồ (m3)
Chiều sâu tầng thấm của nền (m)
Thời gian (s)
Mực nước hồ (m)
Mực nước sông ở hạ lưu (m)
Hệ số rỗng
Góc ma sát trong của đất (o)
Độ ẩm (%)
Hệ số nhám
Vận tốc gió tại cao độ 10 m (m/s)
Bề rộng tràn (m)
Lưu lượng vào lớn nhất (m3/s)
Lưu lượng xả lớn nhất (m3/s/m)

Cột nước tràn (m)
Mực nước chết (m)
Mực nước dâng bình thường (m)
Mực nước lớn nhất thiết kế (m)
Mực nước lớn nhất kiểm tra (m)
Mực nước gia cường (m)
Bộ phận chống thấm
Bộ phận thoát nước
Thượng lưu
Hạ lưu
Vật thoát nước
Công trình tháo lũ
Dung trọng của đất (kN⁄m3 )
Hệ số lưu lượng
Hệ số kinh nghiệm
Hệ số nhám
Chiều cao sóng (m)
Chiều cao sóng leo (m)
Chiều dài sóng
5


SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
MÃ ĐỀ C – III – 6
1.

Mặt bằng khu vực, mặt cắt dọc tuyến đập
Mặt cắt khu vực C – Tỷ lệ 1/5000:

Hình 1. Mặt bằng khu vực C – Tỷ lệ 1/5000

6


2.

Số liệu địa chất
Bảng 1. Tính chất cơ lý của đất đắp có sẵn tại địa phương
Đất đắp đập 1
o
ε
φ()
C (kPa)
K (m/s)
ω (%)
−6
0.68
20 - 22
10 - 12
12
2 × 10
Đất đắp đập 2
o
ε
φ()
C (kPa)
K (m/s)
ω (%)
−8
0.64
15

32 - 35
8
2.5 × 10

ε

3.

Số liệu thủy văn hồ chứa
MNDBT MNC
(m)
(m)
25
12

4.

Bảng 2. Tính chất cơ lý của đất nền tại khu vực thiết kế
φ (o)
C (kPa)
K (m/s)
ω (%)
T (m)
ĐÁ TỐT

Bảng 3. Số liệu thủy văn hồ chứa
Gió (MNDBT)
Gió (MNLTK)
Zha (m) = Qa Vhồ = bZc
ω10 (m/s) D (km) ω10 (m/s) D (km)

a
b
c
30
4.8
24
5.6
0.415
3300 2.8

Số liệu điều tiết lũ
Lưu lượng lũ 𝑄𝑙ũ (𝑚3 ⁄𝑠), theo thời gian 𝑡 (𝑠) có dạng:
𝑚
−(𝑙𝑛𝑡 − 𝑛)2
𝑄𝑙ũ = 𝑒𝑥𝑝
𝑡
𝑙
với m, n, l lần lượt là các hệ số đo đạc.
Bảng 4. Các hệ số dùng trong tính toán điều tiết lũ
m
n
l
MNLTK
4000
3.2
0.5
MNLKT
5000
3
1

Hình 2. Biểu đồ lưu lượng lũ vào hồ
7


Phần I – Tính toán điều tiết lũ
PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
I.
-

II.

Mục đích, phương pháp tính toán
Mục đích tính toán:
 Xác định mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra và bề rộng tràn theo
phương pháp điều tiết lũ đơn giản.
 Tính toán lại mực nước trong hồ trong thời gian có lũ theo phương pháp điều tiết lũ thực.
Phương pháp tính toán: phương trình cân bằng nước.
Tính toán điều tiết lũ
Các trường hợp tính toán:
Bảng 5. Các trường hợp tính toán điều tiết lũ
Trường hợp lũ thiết kế
Qmax (m3/s) T (h) TL (h) tđ (h)
181
48
21
0

Trường hợp lũ kiểm tra
Qmax (m3/s) T (h) TL (h) tđ (h)

316
40
11
3

Hình 4. Biểu đồ lũ thiết kế

Hình 3. Biểu đồ lũ kiểm tra

1. Trường hợp lũ thiết kế
1.1. Phương pháp giải tích đơn giản:
- Xác định bề rộng đỉnh tràn Bt :
Bề rộng tràn Bt được xác định theo công thức:
qm = ε × σn × m × Bt × √2g × H3/2 ⟹ Bt =

qm

0.35 × √2g × H3/2
Với ε, σn , m lần lượt là các hệ số co hẹp bên, hệ số ngập và hệ số lưu lượng. Giá trị các hệ
số lần lượt là 1, 1, 0.35.
-

Quy trình tính toán:
8


Trường hợp lũ thiết kế
 Giả định: H = 1 (m) (Cột nước tràn)
⟹ ZMNLNTK = H + ZMNDBT = 1 + 25 = 26 (m)
Q m × (t d + T)⁄

181 × (0 + 48) × 3600⁄
3
2=
2 = 15680424 (m )
= VMNGC − VMNDBT = b × (ZMNLNTK )c − b × (ZMNDBT )c

 VQ =
 VGC

= 3300 × (262.8 − 252.8 ) = 3144013.3 (m3 )
 η = T⁄(t + T) = 48⁄0 + 48 = 1
d
V
3144013.3
1 − GC
1−
VQ
15680424 ) = 145.1 (m3 /s)
) = 181 × (
⟹ qm = Qm × (
η
1
⟹ Bt =

qm
0.35 × √2g ×

-

3

H2

145.1

=

0.35 × √2 × 9,81 ×

3
12

= 93.6 (m)

Tiếp tục tính thử dần, ta tìm được Bt với H hợp lý. Kết quả tính toán trong bảng sau:
Bảng 6. Kết quả tính bề rộng tràn 𝑩𝒕
H ZMNLNTK ZMNDBT
(m)
(m)
(m)
1
26
1.1
26.1
1.2
26.2
1.3
26.3
1.4
26.4
1.5

26.5
25
1.6
26.6
1.7
26.7
1.8
26.8
1.9
26.9
2
27

VGC (m3)

η

VQ (m3)

3144013.3
3470696.0
3799639.6
4130850.9
4464336.8
4800104.2 1.000 15680424
5138160.1
5478511.3
5821164.8
6166127.4
6513406.1

9

qm (m3)
145.1
141.3
137.5
133.7
129.8
125.9
122.0
118.1
114.1
110.1
106.1

qm/Qm
(%)
79.9
77.9
75.8
73.7
71.5
69.4
67.2
65.1
62.9
60.7
58.5

Bt (m)
93.6
79.0
67.5
58.2
50.5
44.2
38.9
34.4
30.5
27.1
24.2


Phần I – Tính toán điều tiết lũ

2.5
2

H (m)

1.5
1
0.5
0
20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

Bt (m)
Hình 5. Biểu đồ qua hệ giữa Bt và H
-

Vậy:

Bt = 34.4 m ⟹ Chọn Bt = 35 (m)
ZMNLNTK = 26.7 (m).

1.2. Tính toán với lưu lượng lũ thực
- Khi lũ chưa về: t o = 0
c
 Cột (6): Vhồ = Vo = b × Zc = b × ZMNDBT
= 3300 × 252.8 = 27086068.0 (m3 )
 Cột (7): chiều cao mực nước trong hồ: Zo = ZMNDBT = 25 (m)
- Khi lũ về: t1 = 3 (h). Quy trình tính toán như sau:
 Cột (2): lưu lượng lũ về:
m
−(ln(t) − n)2
Q1 = × exp
với m = 4000; n = 3.2; l = 0.5
t
l
4000
−(ln(3) − 3.2)2

⟹ Q1 =
× exp
= 0.195 (m3 ⁄s)
3
0.5
̅̅̅1̅ = Q 0 + Q1⁄ = 0 + 0.195⁄ = 0.097 (m3 ⁄s)
 Cột (3): lưu lượng trung bình: Q
2
2
3⁄ )
3⁄ )
(
(
 Cột (4): lưu lượng lũ xả q m s : q1 = 0 m s
 Cột (5): chênh lệch thể tích: ∆V = (cột 3 − cột 4 ) × ∆t (m3 )
̅̅̅1̅ − q1 ) × (t1 − t 0 ) = (0.097 − 0) × (3 − 0) × 3600 = 1047.7 (m3 )
∆V1 = (Q
 Cột (6): thể tích hồ chứa Vhồ :
V1 = Vo + ∆V1 = 27086068.0 + 1047.7 = 27087115.7 (m3 )
 Cột (7): chiều cao mực nước trong hồ:
1⁄
c

V1
Z1 = ( )
b

1⁄
2.8

27087115.7
)
=(
3300

 Cột (8) = (cột 7 − ZMNDBT ): chiều cao cột nước tràn H
10

≈ 25 (m)


Trường hợp lũ thiết kế
H1 = Z1 − ZMNDBT = 25 − 25 = 0 (m)
 Cột(9): lưu lượng xả tính toán q′ (m3 ⁄s)
3

q′1 = ε × σn × m × Bt × √2g × H1 2
Với: ε, σn , m lần lượt là các hệ số co hẹp bên, hệ số ngập và hệ số lưu lượng. Với các điều
kiện không co hẹp, chảy không ngập qua đập tràn đỉnh rộng, giá trị các hệ số lần lượt là:
0.35, 1, 1.
3

⟹ q′1 = 0.35 × 1 × 1 × 35 × √2 × 9.81 × 02 = 0 (m3 ⁄s)
 Cột (10) = (cột 9 − cột 4 ): chênh lệch lưu lượng xả ∆q (m3 ⁄s)
∆q1 = (q′1 − q1 ) × 106 = 0 (m3 ⁄s)
⟹ Tiến hành giải lặp giá trị cột (4) để cột (10) bằng 0.
-

Tính toán tương tự các giờ tiếp theo, ta được bảng kết quả tính toán dưới đây:
Bảng 7. MNLNTK theo phương pháp điều tiết lũ thực

Q
Qtb
q
ΔV (m3)
3
3
(m /s) (m /s) (m3/s)
0.0 0.0
0.0
0.00
0.0

t (h)

Vhồ (m3)

Z (m)

27086068.0

25.0

H
(m)
0.0

q'
(m3/s)
0.00

Δq
(m3/s)
0.0

3
6

0.195 0.097
12.6
6.4

0.00
0.18

1047.7
67270.8

27087115.7 25.0 0.00
27154386.5 25.02 0.02

0.00
0.18

0.0
0.0

9

59.5

36.1

2.84

358696.4 27513082.9 25.14 0.14

2.84

0.0

12 119.9

89.7

13.96 817805.0 28330887.9 25.40 0.40

13.96

0.0

15 164.3 142.1

36.35 1142221.0 29473108.9 25.77 0.77

36.35

0.0

16
17

18
19
20
21
22
23
24
25
26

46.52
57.13
67.79
78.15
87.93
96.89
104.87
111.75
117.50
122.09
125.56

46.52
57.13
67.79
78.15
87.93
96.89
104.87
111.75

117.50
122.09
125.56

0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0

27 145.5 149.1 127.96 76215.0

32810075.5 26.77 1.77 127.96

0.0

28 137.9 141.7 129.36 44410.1

32854485.6 26.78 1.78 129.36

0.0

29 130.4 134.2 129.86 15580.8

32870066.4 26.79 1.79 129.86

0.0

173.5
179.8
183.4
184.7
184.0
181.5
177.6
172.5
166.5
159.9
152.8

168.9
176.6
181.6
184.1
184.4
182.7
179.5
175.0
169.5
163.2
156.3

440619.7
430227.8

409788.0
381404.7
347175.7
309051.9
268754.4
227735.9
187173.4
147981.7
110838.4

29913728.6
30343956.3
30753744.3
31135149.0
31482324.7
31791376.6
32060131.0
32287866.9
32475040.3
32623022.0
32733860.5

11

25.90
26.03
26.16
26.28
26.38
26.47

26.55
26.62
26.67
26.72
26.75

0.90
1.03
1.16
1.28
1.38
1.47
1.55
1.62
1.67
1.72
1.75


Phần I – Tính toán điều tiết lũ

t (h)
30
31
32
33
34
35

Q

(m3/s)
123.0
115.6
108.5
101.7
95.1
88.8

Qtb
(m3/s)
126.7
119.3
112.1
105.1
98.4
91.9

q
(m3/s)
129.53
128.49
126.82
124.61
121.95
118.93

ΔV (m3)

Vhồ (m3)

Z (m)

-10227.1
-33054.1
-53003.9
-70225.4
-84897.5
-97216.4

32859839.3
32826785.2
32773781.4
32703555.9
32618658.4
32521442.0

26.79
26.78
26.76
26.74
26.72
26.69

q'
Δq
(m3/s) (m3/s)
129.53 0.0
128.49 0.0
126.82 0.0
124.61 0.0

121.95 0.0
118.93 0.0

H
(m)
1.79
1.78
1.76
1.74
1.72
1.69

2.0
1.6

Hgc (m)

1.2
0.8
0.4
0.0
0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

t (h)
Hình 6. Đường MNGC ứng với trường hợp lũ thiết kế
Lưu lương vào

Lưu lượng xả

200.0

q (m3/s)

150.0
100.0
50.0
0.0
0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

t (h)
Hình 7. Lưu lượng vào và lưu lượng ra khỏi hồ
-

Vậy: ZMNLNTK = 26.79 (m) tại thời điểm t = 29 (h) tương ứng với HGC = 1.79 (m). Giá
trị này chênh lệch không đáng kể so với phương pháp điều tiết lũ đơn giản:
1.79 − 1.7
× 100 = 5.3%
1.7
12


Trường hợp lũ thiết kế
2.
-

Tính theo trường hợp lũ kiểm tra
Mực nước lũ kiểm tra tính theo phương pháp điều tiết lũ thực: Tính tương tự như trường
hợp lũ thiết kế được bảng kết quả tính toán sau:
Bảng 8. MNLKT theo phương pháp điiều tiết lũ thực
t (h)
0.0
2
4
6
8
9

10
11
12
13
14
15
16
18
20
21
22
23
24
25
27
29
31

Q
(m3/s)
0.0
12.2
92.5
193.6
267.8
291.6
307.4
316.3
319.6
318.3

313.5
306.1
296.7
274.5
250.0
237.6
225.4
213.4
201.8
190.6
169.7
150.7
133.6

Qtb
(m3/s)
0.0
6.1
52.3
143.0
230.7
279.7
299.5
311.9
317.9
318.9
315.9
309.8
301.4
285.6

262.2
243.8
231.5
219.4
207.6
196.2
180.2
160.2
142.1

q
(m3/s)
0.0
0.1
2.6
15.2
42.9
62.2
83.3
105.0
126.2
146.2
164.3
180.1
193.6
212.2
222.5
224.9
225.7
225.0

223.0
219.9
211.8
201.3
189.4

ΔV (m3)

Vhồ (m3)

Z (m)

0.0
43300.0
358171.9
919948.0
1352227.0
782989.0
778264.2
744637.0
690112.9
621878.1
545902.7
466873.8
388295.4
528443.6
286262.7
67997.7
20990.1
-19951.7

-55198.5
-85187.5
-227545.7
-296002.9
-340166.3

27086068.0
27129368.0
27487539.9
28407487.9
29759714.9
30542704.0
31320968.2
32065605.2
32755718.1
33377596.2
33923498.9
34390372.7
34778668.1
35307111.6
35593374.3
35661372.0
35682362.1
35662410.4
35607211.9
35522024.4
35294478.7
34998475.8
34658309.5

25.0
25.01
25.13
25.43
25.85
26.10
26.33
26.55
26.76
26.94
27.09
27.23
27.33
27.48
27.56
27.58
27.59
27.58
27.57
27.54
27.48
27.40
27.30

13

H
(m)
0.0
0.01

0.13
0.43
0.85
1.10
1.33
1.55
1.76
1.94
2.09
2.23
2.33
2.48
2.56
2.58
2.59
2.58
2.57
2.54
2.48
2.40
2.30

q'
Δq
3
(m /s) (m3/s)
0.0
0.0
0.1
0.0

2.6
0.0
15.2
0.0
42.9
0.0
62.2
0.0
83.3
0.0
105.0
0.0
126.2
0.0
146.2
0.0
164.3
0.0
180.1
0.0
193.6
0.0
212.2
0.0
222.5
0.0
224.9
0.0
225.7
0.0

225.0
0.0
223.0
0.0
219.9
0.0
211.8
0.0
201.3
0.0
189.4
0.0


Phần I – Tính toán điều tiết lũ

Đường MNGC ứng với lũ kiểm tra
3.0
2.5

Hgc (m)

2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

t (h)
Hình 8. Đường MNGC ứng với trường hợp lũ kiểm tra
Lưu lượng vào

Lưu lượng xả

350.0

q (m3/s)

300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
50.0
0.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

t (h)
Hình 9. Lưu lượng vào và lưu lượng ra khỏi hồ
⟹ ZMNLKT = 27.59 (m) tại thời gian t = 22 (h) ứng với HGC = 2.59 (m).
-

Kết luận:
Bt = 35 (m)
{ ZMNLTK = 26.79 (m). Chọn ZMNLTK = 27 (m)
ZMNLKT = 27.59 (m). Chọn ZMNLTK = 27.6 (m)

14


Bộ phận chống thấm

PHẦN II: THIẾT KẾ ĐẬP CHẮN NƯỚC
I.
1.
-

Thiết kế sơ bộ mặt cắt ngang đập
Xác định sơ bộ cấp công trình
Cấp công trình là căn cứ để xác định các yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân theo các mức
khác nhau phù hợp với quy mô và tầm quan trọng của công trình. Cấp thiết kế công trình
là cấp công trình. (Theo QCVN 04 – 05 : 2012/BNNPTNT)
 Giả sử: độ vượt cao d = 5 (m)
⟹ Hđ = ZMNDBT + d = 25 + 5 = 30 (m)
 Đập vật liêu địa phương thuộc nhóm A: đất nền là đá tốt.
⟹ Cấp công trình: cấp III.

-

Vật liệu địa phương có sẵn là đất đắp, gồm 2 loại có hệ số thấm lần lượt là:
K1 = 2 × 10−6 (m⁄s) ; K 2 = 2.5 × 10−8 (m⁄s)

-

Điều kiện đất nền: nền đá tốt.
⟹ Chọn loại đập: đập đất có lõi giữa trên nền không thấm.

-

Dung tích hồ: theo trường hợp lũ thiết kế: Vhồ = 32870066.4 (m3 )

2.

-

Xác định bề rộng đỉnh đập
Với chiều cao đập: Hđ = 30 (m) > 20 (m), đập chắn nước cấp III ⟹ bđ = 5 ÷ 10 (m).
⟹ Chọn bề rộng đỉnh đập: bđ = 10 (m).

-

Gia cố cho đỉnh đập: cần bố trí lớp phủ gia cố ở đỉnh đập (đá dăm, đá lát, nhựa đường) và
rãnh thoát nước kết hợp độ dốc về hai bên để thoát nước.

3.
3.1.
-

Mái đập, cơ đập và bề rộng đáy đập
Mái đập
Đập đất có 2 mái dốc: mái thượng lưu (TL) và mái hạ lưu (HL).
Mái thượng lưu thoải hơn mái hạ lưu.
Nhằm giảm khối lượng đất đắp (đào), ta thay đổi hệ số mái dốc m như sau:
 Ở mái thượng lưu: cứ giảm 10 (m) chiều cao đập, ta thay đổi m với Δm = 0.5. Tính từ
đỉnh đập trở xuống, hệ số mái dốc lần lượt là: m1 = 5; m2 = 4.5; m3 = 4.
 Ở mái hạ lưu: cứ giảm 10 (m) chiều cao đập, ta thay đổi m với Δm = 0.25. Tính từ đỉnh
đập trở xuống, hệ số mái dốc lần lượt là: m1 = 3; m2 = 3.75; m3 = 4.

a) Gia cố mái đập thượng lưu:
- Mục đích: chống lại áp lực sóng nhằm bảo vệ mái đập và chống thấm cho thân đập.
- Phương pháp gia cố: mái TL được gia cố bằng tấm bê tông cốt thép dày 0.1 (m), giữa lớp
gia cố và thân đập có lớp đệm gồm nhiều lớp vật liệu như cát, sỏi cuội.
- Gia cố chính:

15


Phần II – Thiết kế đập chắn nước
 Giới hạn trên: đỉnh đập.
 Giới hạn dưới được xác định theo:
GHDc = MNC – 2 × hs = 12 − 2 × 2.46 = 7.08 (m) (hs : chiều cao sóng)
 Cuối phần gia cố chính bố trí các gối tựa bằng đá để giữ cho lớp gia cố không bị trượt,
bố trí tầng đệm (cát, sỏi, cuội) ngay dưới lớp gia cố đóng vai trò tầng lọc nước.

Hình 10. Gia cố mái đập thượng lưu
b) Gia cố mái đập hạ lưu:
- Mái hạ lưu được gia cố nhằm chống tác hại do mưa, động vật. Gia cố như nhau trên toàn
bộ mái hạ lưu.
- Phương pháp gia cố:
 Rải một lớp đá dăm hoặc cuội sỏi dày 0.2 (m).
 Phủ đất, bề mặt kết hợp trồng cỏ.
 Thiết kế các rãnh thoát nước bằng đá hoặc bê tông, xiên góc 45o.

Hình 11. Gia cố mái đập hạ lưu

16


Bộ phận chống thấm
3.2. Cơ đập
- Cơ đập là đoạn nằm ngang trên mái dốc, được thiết kế theo yêu cầu:
 Thi công: máy móc đi lại và làm việc.
 Kiểm tra sửa chữa mái đập trong thời gian vận hành.
 Giao thông (đối với mái hạ lưu).

 Thu và thoát nước mưa, tránh xói lở, tăng ổn định mái dốc.
 Giảm khối lượng đất đào, đắp.
 Bố trí cơ đập tại vị trí thay đổi hệ số mái dốc m.
- Chọn bề rộng cơ đập: bcđ = 3 (m), bố trí 2 cơ đập trên mái thượng lưu và hạ lưu.
3.3. Bề rộng đáy đập
Lđ = 5 × 10 + 3 + 4.5 × 10 + 3 + 4 × 10 + 10 + 3.5 × 10 + 3 + 3.75 × 10 + 3 +
+ 4 × 10 = 262 (m).
4. Bộ phận chống thấm (BPCT)
4.1. Nhiệm vụ
- Bộ phận chống thấm có nhiệm vụ: hạ thấp đường bão hòa, giảm gradient thấm
⟹ Giảm lưu lượng thấm và tăng ổn định cho mái hạ lưu.
4.2. Xác định chiều dài đập:
- Từ mặt bằng khu vực, ta xác định được mặt cắt ngang dọc tuyến đập: hình 13.
- Dựa vào cao trình đỉnh đập ∇đỉnh đập = 30 (m) và mặt cắt ngang dọc theo tuyến đập với
cao độ địa hình tương ứng ⟹ Chiều dài đập: Lđập = 168 (m).
50
50

50
45

45
40

Cao độ (m)

40

40
35

35
30

30

35

30
25

35

Vị trí đập

30

25

30

25

20

25

20

20

20

15

15

10
10

10
5

5
0

0
0

50

100

150

200

250

300

350

Khoảng cách (m)
Hình 12. Mặt cắt ngang địa hình dọc tuyến đập

17

400

450

500


Phần II – Thiết kế đập chắn nước
4.3. Kiểm tra lưu lượng thấm
- Xét đập đồng chất, có bộ phận chống thấm: vật thoát nước (VTN) lăng trụ.
- Tính thấm theo trường hợp: ZMNTL = ZMNDBT , ZMNHL thấp nhất. Sử dụng phần mềm GEO
– Studio – SEEP/W: mô hình hóa bài toán thấm.
- Kết quả:

Hình 13. Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập đồng chất
 Lưu lượng thấm qua thân đập: qthấm = 5.7403 × 10−6 (m3 /s/m)
 Kiểm tra:
 Dung tích hồ ứng với MNDBT:
c
Vhồ = b × ZMNBDT
= 3300 × 252.8 = 27086068.0 (m3 )
 Lượng thấm qua đập trong 1 năm:

Vthấm = qthấm × Lđập × T(1 năm) = 5.7403 × 10−6 × 168 × 365 × 24 × 3600
= 30412.4 (m3 )
⟹

Vthấm
30412.4
=
× 100% = 0.11% < 5%
Vhồ
27086068.0

⟹ Thỏa điều kiện lưu lượng thấm cho phép ⟹ Không cần bố trí BPCT.
-

Tuy nhiên, việc thiết kế thêm lõi giữa trong thân đập vừa giảm được lưu lượng thấm qua
thân đập vừa giảm được khối lượng đào đắp (giảm hệ số mái dốc) mà vẫn đảm bảo được
điều kiện kỹ thuật.

Hình 14. Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập có BPCT
18


Bộ phận chống thấm
 Lưu lượng thấm: qthấm = 3.4295 × 10−6 (m3 /s/m)
 Kiểm tra:
Lượng thấm qua đập trong 1 năm:
Vthấm = qthấm × Lđập × T(1 năm) = 3.4295 × 10−6 × 168 × 365 × 24 × 3600
= 18169.66 (m3 )
⟹

Vthấm
18169.66
=
× 100% = 0.07% < 5%
Vhồ
27086068.0

⟹ Thỏa điều kiện lưu lượng thấm cho phép
5.
-

-

Vậy: ta thiết kế BPCT lõi giữa để chóng thấm cho thân đập.
Bộ phận thoát nước (BPTN)
Nhiệm vụ:
 Tập trung dòng thấm xuống hạ lưu.
 Không cho dòng thấm thoát ra trên mái hạ lưu.
 Hạ thấp đường bão hòa.
 Ngăn ngừa các hiện tượng xói ngầm, đùn đất.
Chọn bộ phận thoát nước: vật thoát nước (VTN) lăng trụ (vì hạ lưu có nước):
 Mực nước hạ lưu lớn nhất (ứng với trường hợp điều tiết lũ theo lũ thiết kế):
ZHLmax = (qm )a = 129.860.415 = 7.54 (m)
⟹ Chọn chiều cao VTN lăng trụ: HVTN = 9 (m).
HVTN⁄
9
3 = ⁄3 = 3 (m).
 Hệ số mái dốc: m′1 = m′2 = 1.5.
 Chiều rộng đỉnh VTN: bVTN =

Hình 15. BPCT và BPTN của đập
II.
-

Tính toán cao trình đỉnh đập thiết kế
Cao trình đỉnh đập thiết kế tính theo 3 trường hợp sau:

19


Phần II – Thiết kế đập chắn nước
zMNDBT + (∆h1 + hsl1 + a1 )
∇đỉnh đập ≥ ztk + hd ⟺ ∇đỉnh đập ≥ {zMNLNTK + (∆h2 + hsl2 + a2 )
zMNLNKT + (∆h3 + hsl3 + a3 )
Trong đó:

∆hi :
hsli :
ai :

chiều cao mực nước dềnh do gió.
chiều cao sóng leo.
độ vượt cao an toàn (tra mục 6.1.3, bảng 2 – chiều cao an toàn của
đập – TCVN 8216 : 2009 – Thiết kế đập đất đầm nén).
Bảng 9. Độ vượt cao an toàn a (m)
Độ vượt cao an toàn a (m) phân theo cấp
công trình
I
II
III

IV
1.5
1.2
0.7
0.5
1
1
0.5
0.5
0.5
0.3
0.2
0.0

Điều kiện làm việc
của hồ
MNDBT
MNLTK
MNLKT
-

1.
-

Theo tính toán sơ bộ cấp công trình: công trình cấp III
⟹ Độ vượt cao an toàn a (m) tương ứng với từng điều kiện làm việc của hồ lần lượt là:
a1 = 0.7 m; a2 = 0.5 m; a3 = 0.2 m.
Trường hợp tính theo ZMNDBT
Tính chiều cao sóng leo:
hsl1 =

KΔ × Kw × Kp
√1 + m2

× √hs × Ls

Trong đó:
 m: hệ số mái dốc trung bình mái TL, m = 4.5
 hs : chiều cao sóng:
5/4

1/3

hs = 0.0208 × W10 × D1

= 0.0208 × 305/4 × 4.81/3 = 2.46 (m)

Với:
 W10 : vận tốc gió tính toán ở cao độ 10 m.
 D1 : đà gió (km).
 Ls : chiều dài sóng:
1/2

Ls = 0.304 × W10 × D1

= 0.304 × 30 × 4.81/2 = 19.98 (m)

 K Δ : hệ số nhám phụ thuộc vào loại hình gia cố mái đập: tấm bê tông cốt thép
⟹ K Δ = 0.9.
 K w : hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vào:

20


TH tính theo 𝑍𝑀𝑁𝐿𝑁𝐾𝑇
Bảng 10. Bảng tra hệ số kinh nghiệm Kw
W10 ⁄√gh

≤1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

5

Kw

1

1.02

1.08

1.16

1.22

1.25

1.28

1.3

Với:

h: chiều sâu nước trước đập, h = ZMNDBT = 25 (m).
⟹

W10
√gh

=

W10
√g × ZMNDBT

=

30
√9.81 × 25

= 1.92 ⟹ K w = 1.07 (nội suy)

 K p : hệ số tấn suất, xác định theo:
Bảng 11. Bảng tra hệ số tần suất Kp
̅̅̅s ⁄h
H
< 0.1
0.1 - 0.3
> 0.3

p (%)
Rp
̅
R

0.1
1
2
3
4
5
10
13
20
50
2.66 2.23 2.07 1.97 1.9 1.84 1.64 1.54 1.39 0.96
2.44 2.08 1.94 1.86 1.8 1.75 1.57 1.48 1.36 0.97
2.13 1.86 1.76 1.7 1.65 1.61 1.48 1.4 1.31 0.99

 Tỷ số:

̅̅̅s
H
hs
2.46
=
=
= 0.098 < 0.1
h
ZMNDBT
25
 Tần suất gió thiết kế: p = 4 (%) (tra mục 6.1.3, bảng 3 – tần suất gió thiết kế theo
cấp của đập, TCVN 8216 : 2009) ⟹ K p = 1.9.
⟹ Chiều cao sóng leo:
KΔ × Kw × Kp
0.9 × 1.07 × 1.9
hsl1 =
× √hs × Ls =
× √2.46 × 19.98 = 2.785 (m)
√1 + m2
√1 + 4.52
-

Tính chiều cao nước dềnh do gió:
2
W10
× D1
∆h = k d ×
× cosα
3gh

Với:

k d : hệ số dềnh, k d = (6 × 10−3 ÷ 12 × 10−3 ). Chọn k d = 9 × 10−3 .
α: hướng gió, α = 0o .
h = ZMNDBT = 25 (m).

2
W10
× D1
302 × 4.8
⟹ ∆h1 = k d ×
× cosα = 0.009 ×
× cos0o = 0.053 (m)
3 × g × ZMNDBT
3 × 9.81 × 25

-

Tính độ vượt cao đỉnh đập:
hd1 = ∆h1 + hsl1 + a1 = 0.053 + 2.785 + 0.7 = 3.54 (m)

-

Vậy, cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT:
∇đỉnh đập ≥ zMNDBT + hd1 = 25 + 3.54 = 28.54 (m) (1)

21


Phần II – Thiết kế đập chắn nước

2.
-

Trường hợp tính theo ZMNLNTK
Tính toán tương tự như thường hợp ZMNDBT :
Tính chiều cao sóng leo:
K Δ2 × K w2 × K p2
hsl2 =
× √hs2 × Ls2
√1 + m2
Trong đó:
5/4
1/3
 hs2 = 0.0208 × W10 × D2 = 0.0208 × 245/4 × 5.61/3 = 1.96 (m)
1/2

 Ls2 = 0.304 × W10 × D2
 K Δ2 = 0.9
 K w2 : tính theo
⟹

W10
√gh

=

= 0.304 × 24 × 5.61/2 = 17.27 (m)

W10
√g × ZMNLNTK

=

24
√9.81 × 27

= 1.92 ⟹ K w = 1.02 (nội suy)

 K p2 = 1.9
⟹ hsl2 =

0.9 × 1.02 × 1.9
√1 + 4.52

× √1.96 × 17.27 = 2.20 (m)

-

Tính chiều cao nước dềnh do gió:
2
W10
× D2
242 × 5.6
∆h2 = k d ×
× cosα = 0.009 ×
× cos0o = 0.037 (m)
3 × g × ZMNLNTK
3 × 9.81 × 27

-

Tính độ vượt cao đỉnh đập:
hd2 = ∆h2 + hsl2 + a2 = 0.037 + 2.20 + 0.5 = 2.74 (m)

-

Vậy, cao trình đỉnh đập ứng với MNLNTK:
∇đỉnh đập ≥ ZMNLNTK + hd2 = 27 + 2.74 = 29.74 (m) (2)

3.
-

Trường hợp tính theo mực nước ZMNLNKT
Tính toán với trường hợp không có gió: hsl3 = 0, ∆h3 = 0
⟹ hd3 = ∆h3 + hsl3 + a3 = 0 + 0 + 0.2 = 0.2 (m)

-

Vậy, cao trình đỉnh đập ứng với MNLNKT:
∇đỉnh đập ≥ ZMNLNKT + hd2 = 27.6 + 0.2 = 27.8 (m) (3)

-

Kết luận: cao trình đỉnh đập:
∇đỉnh đập = max{(1), (2)(3)} = 29.74 ≈ 30 (m)
⟹ Chọn: ∇đỉnh đập = 29 (m). Tường chắn sóng cao 1 (m).

III. Tính toán thấm qua thân đập
1. Mục đích, trường hợp và số liệu tính thấm
1.1. Mục đích

22


Tính toán ổn định đập đất
-

-

Xác định lưu lượng thấm đơn vị qua thân đập, nền.
Trường hợp lưu lượng thấm vượt qua giới hạn cho phép:
 Bố trí hoặc xác định lại kích thước vật chống thấm.
 Điều chỉnh (gia tăng) kích thước mặt cắt đập.
 Tăng cường chống thấm cho nền (bản cọc, sân trước, chân khay,…)
Xác định vị trí đường bão hòa trong thân đập.
Kiểm tra hiện tượng xói ngầm trong thân đập,nền.

1.2. Các trường hợp (tổ hợp) tính thấm
Bảng 12. Các trường hợp tính thấm qua đập
TH

Thượng lưu

Hạ lưu

Ghi chú

1

Mực nước dâng
bình thường

2

Mực nước lũ thiết kế

Mực nước hạ lưu
thấp nhất
Mực nước hạ lưu
lớn nhất

Điều kiện làm việc
bình thường
Đường bão hòa
cao nhất

1.3. Số liệu tính thấm
a) Vật chống thấm lõi giữa:
- Vật liệu làm lõi giữa: đất đắp đập 2 có hệ số thấm K lõi :
K lõi = 2.5 × 10−8 m⁄s < K đập = 2 × 10−6 (m⁄s)
-

Kích thước:
 Bề rộng đỉnh: δ1 ≥ 1 (m). Chọn δ1 = 4 (m).
 Bề rộng đáy: δ2 ≥ 0.1HTL (m). Chọn δ2 = 6 (m).
 Cao độ đỉnh lõi giữa: ∇LG = 28 (m).

b) Bộ phận thoát nước: vật thoát nước lăng trụ
 Chiều cao VTN lăng trụ: HVTN = 9 (m).
 Chiều rộng đỉnh VTN: bVTN = 3 (m).
 Hệ số mái dốc: mtn = 1.5.

c) Đập đất: đập có BPTN lăng trụ trên nền không thấm (nền đá):
 Chiều cao đỉnh đập: ∇đỉnh đập = 30 (m).




2.

Bề rộng đỉnh đập: bđ = 10 (m).
Hệ số thấm: K đ = 2 × 10−6 m⁄s.
Hệ số mái dốc mái thượng lưu: m1 = 4; m2 = 4.5; m3 = 5.
Hệ số mái dốc mái hạ lưu: m1 = 2.25; m2 = 2.5; m3 = 2.75.

Tính toán thấm
23


Phần II – Thiết kế đập chắn nước
2.1. Trường hợp 1: ZMNTL = ZMNDBT , ZMNHL thấp nhất
- Phương pháp tính toán: phương pháp phần tử hữu hạn. Sử dụng phần mềm GEO – Studio
– SEEP/W: mô hình hóa bài toán thấm.
⟹ Xác định đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập.
-

Kết quả:
 Trường hợp đập có BPTN:

Hình 16. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH1 – Đập có VTN
 Lưu lượng thấm qua thân đập: qthấm = 3.4295 × 10−6 (m3 /s/m)
 Kiểm tra lưu lượng thấm:

Dung tích hồ ứng với MNDBT:
c
Vhồ = b × ZMNDBT
= 3300 × 252.8 = 27086069.0 (m3 )
Lượng thấm qua đập trong 1 năm:
Vthấm = qthấm × Lđập × T(1 năm) = 3.4295 × 10−6 × 168 × 365 × 24 × 3600
= 18169.66 (m3 )
⟹

Vthấm
18169.66
=
× 100% = 0.067% < 5%
Vhồ
27086069.0

⟹ Thỏa điều kiện lưu lượng thấm cho phép.
 Trường hợp đập không có BPTN:

Hình 17. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH1 - Đập không có VTN
24


Tính toán ổn định đập đất
 Lưu lượng thấm: qthấm = 2.9851 × 10−6 (m3 /s/m)
-

2.2.
-

Nhận xét: đường bão hòa trường hợp không có VTN cao hơn trường hợp có VTN, lưu
lượng thấm giảm khi đập có VTN.
Trường hợp 2: ZMNTL = ZMNLNTK , ZMNHL cao nhất
Phương pháp tính toán tương tự như trường hợp trên.
Điều kiện biên:
Kết quả:
 Trường hợp đập có BPTN:

Hình 18. Đường bão hòa và lưu lượng thấm TH2 - Đập có VTN
 Lưu lượng thấm: q = 4.1766 × 10−6 (m3 /s/m)
 Kiểm tra lưu lượng thấm:
Dung tích hồ ứng với MNLNTK:
c
Vhồ = b × ZMNLNTK
= 3300 × 272.8 = 32870066.4 (m3 )
Lượng thấm qua đập trong 1 năm:
Vthấm = qthấm × Lđập × T(1 năm) = 4.1766 × 10−6 × 168 × 365 × 24 × 3600
= 22127.83 (m3 )
⟹

Vthấm
22127.83
=
× 100% = 0.066% < 5%
Vhồ
32870066.4

⟹ Thỏa điều kiện lưu lượng thấm cho phép.

25