Đồ án thủy công(Thiết kế đập đất)

Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C

ĐỒ ÁN SỐ 2

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
PHẦN I : TÀI LIỆU CHO TRƯỚC
I. Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứ trên nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ
sau :
1. Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác.
2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.
3. Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh
thái và phục vụ du lòch.
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 ở dưới đập để lấy nước.
III. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản :
1. Đòa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập.
2. Đòa chất : Cho mặt cắt đòa chất dọc tuyết 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 xây dựng vò trí đập có các lọai bải vật liệu
như sau :
- Bải vật liệu A có : trữ lượng 800.000 m3, cự ly 800 m.
- Bải vật liệu B có : trữ lượng 600.000 m3, cự ly 600 m.
- Bải vật liệu C có : trữ lượng 1.000.000 m3, cự ly 1 km.
- Chất đất thuộc loại thòt 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 vò trí cách đập 4km, trữ lượng
đủ làm thiết bò chống thấm.
b. Đá : Khai thác tại vò trí cách sông 8km, trữ lượng lớn, chất
lượng đảm bảo đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lý : 
= 300 ; n = 0,35 (của đống đá); k = 2,5 T/m3 (của hòn đá).
c. Cát, Sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là
3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc. Cấp phối như ở bảng 2.
Bảng 1 : Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp
đập
Chỉ tiêu
loại

Đất đắp
đập
(chế bò )

HS
Rổ
ng n

Độ
ẩm
W%

0,35

20

 ( độ )
Tự

Bảo
nhie
hòa
ân
23

20
1

C ( T/m2 )
Tự
Bảo
nhiê
hòa
n
3,0

2,4

k
(T/m3)

K
(m/s)

1,62

10-5

Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
Sét
0,42
22
17
( chế bò )
Cát
0,40
18
30
Đất nền 0,39
24
26

13

5,0

3,0

1,58

4.10-9

27
22

0
1,0

0
0,7

1,60
1,59

10-4
10-6

Bảng 2 : Cấp phối của vật liệu đắp đập
d (mm)
loại
Đất thòt pha
cát
Cát
Sỏi

d10

d50

d60

0,005

0,05

0,08

0,05
0,50

0,35
3,00

0,40
5,00

4. Đặc trưng của hồ chứa :
- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu cho ở bảng 3.
Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn là Hmax = 3m.
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P% cho ở
bảng dưới :
P%
V (m/s)

2
32

3
30

5
26

20
17

30

14

50
12

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT :D (bảng 3);ứng với
MNDGC :D’ = D + 0,3km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
Bảng 3 : Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm
Đặc trưng hồ chứa
Đề
số

Sơ
đo
à

(1)
45

Mực nước
hạ lưu (m)
Max

Khi
MNC
(QTK)

Khi
MNDB

T

(6)

(7)

(8)

(9)

Mực
nướ
c
đầu
kên
h (m)
(10)

85.0

87.0

4.5

4.0

87.78

D
(km)

MNC
(m)

MNDBT
(m)

Bình
thườn
g

(2)

(3)

(4)

(5)

D

2.2

88.0

108.0

Qcống (m3/s)

5. Tài liệu thiết kế cống :

- Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT và MNC (QTK) : cho ở bảng
3.
- Mực nước khống chế đầu kênh tưới : bảng 3.
- Tài liệu về kênh chính : hệ số mái m = 1,5; độ nhám n =
0,025 ;
độ dốc đáy : i = (35).10-4

2


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C

PHẦN II : NỘI DUNG THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
1. Thuyết minh :
- Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập.
- Xác đònh các kích thước cơ bản của đập.
- Tính toán thấm và ổn đònh.
- Chọn cấu tạo chi tiết.
2. Bản vẻ :
- Mặt bằng đập.
- Mặt cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu ).
- Mặt cắt ngang đại diện ở giữa lòng sông và thêm sông.
- Các cấu tạo chi tiết.

PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
A. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG :
I. Nhiệm vụ công trình :
- Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác.
- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân.

- Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh
thái và phục vụ du lòch.
II. Chọn tuyến đập :
- Dựa vào bình đồ khu đầu mối đã cho, phân tích các điều
kiện cụ thể ( đòa hình, đòa chất, vật liệu xây dựng…) để
chọn tuyến đập hợp lý.
III. Chọn loại đập :
- Căn cứ vào điều kiện đòa hình đòa chất và vật liệu xây
dựng, phân tích để xác đònh loại đập. đây ta chọn phương
án là đập đất.
IV. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế :
1. Cấp công trình : Được xác đònh từ 2 điều kiện sau :
a. Theo chiều cao công trình và loại nền :
 Xác đònh chiều cao của đập ta tính sơ bộ cao trình đỉnh đập
:
Zđ = MNDBT+3 + d = 108.0 + 3 + 2 = 113.0 (m).
Ở đây ta chọn : d = 2 m
Hđ = Zđ - Zđáy = 113 – 80 = 33 (m)
 Tra bảng phụ lục (P1-1) ứng với Hđ = 33 (m) và dạng đất
nền là : cát, sỏi, đất sét tảng cứng và nữa cứng ta được
 Cấp công trình của đập là : cấp III.
b. Theo nhiệm vụ công trình và vai trò của công trình trong hệ
thống :
3


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
 Công trình có nhiệm vụ là cung cấp nước sinh hoạt nhiều
hơn là cho tười.

 Tra bảng phụ luc (P2-1) với nhiệm vụ tưới là thứ yếu và
mức tưới là 1650 ha
ta được  Cấp công trình của
đập là : cấp III
 Vậy trong hai điều kiện chon trên ta chọn công trình có cấp
lớn nhất. Vậy cấp của công trình là cấp III.
2. Các chỉ tiêu thiết kế : Từ cấp công trình (cấp III) xác
đònh được :
- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn đònh, kết
cấu công trình tra bảng phụ lục (P1-3) ta được : P% =1,0.
- ng với cấp công trình tra bảng phụ lục (P1-6) ta được hệ số
tin cậy Kn = 1,15.
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất :
P% = 4 và Vmax = 28 (m/s) .
- Các mức đảm bảo sóng tra bảng phụ lục (P2-1)
 Mức bảo đảm của mực nước tính toán %lớn nhất là 5%
và thấp nhất là 100%.
 Mức bảo đảm của vận tốc gió lớn nhất P% = 50 là V =
12 (m/s ) ( cấp III ).
B. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT :
I. Đỉnh đập :
1. Cao trình đỉnh đập : Xác đònh từ 2 mực nước : MNDBT và
MNDGC.
Z1 = MNDBT +  h + hsl + a.
(2-1)
Z2 = MNDGC +  h’ + h’sl + a’.
(2-2)
Trong đó :
  h và  h’ : độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn
nhất và gió bình quân lớn nhất.

 hsl và h’sl : chiều cao sóng leo ( có mức bảo đảm 1% ) ứng
với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.
 a và a’ : độ vượt cao an toàn
 Cao trình đỉnh đập chọn theo trò số nào lớn nhất trong các
kết quả tính theo (2-1) và (2-2).
a. Xác đònh  h và hsl ứng với gió lớn nhất V :
- Xác đònh h theo công thức sau :
V 2 .D
28 2.2,2.10 3
h = 2.10-6.
.cosB = 2.10-6.
= 0,013 (m).
g .H
9,81.28
Trong đó : V = 28 (m/s).
D = 2.2 km
g = 9,81 (m2/s)
H : chiều sâu nước trước đập :
H = MNDBT – cao trình mặt đất = 108 – 80 = 28 (m).
cosB = 0 : là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và
hướng gió.
- Xác đònh hsl :
4


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức đảm bảo 1% xác
đònh như sau :
hsl1% = k1.k2.k3.k4.hs1%

(*)
Trong đó : hs1% - chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%;
- k1.k2.k3.k4 các hệ số hs1% xác đònh như sau ( theo QPTL C1-78).
- Giả thiết đây là trường hợp sóng nước sâu : ( H > 0,5.  )
- Tính các đại lượng không thứ nguyên :
g.t
9,81.21600
=
= 7567,7
V
28
Trong đó :
t : thời gian gió thổi liên tục (s). khi không có tài liệu lấy t =
6 giờ ( đối với hồ chứa ).
Tính :
g .D
9,81.2,2.10 3
=
=27,53.
V2
28 2
Tra đồ thò (P2-1) ứng với 2 đại lượng không thứ nguyên trên ta
được các cặp giá trò sau
 g .hs
 2 0,07
g.t
V
 ng với
= 7567,7 tra đồ thò ta được : 
V

 g . 3,7
 V
 g .hs
 2 0,009
g .D
V
 ng với 2 = 27,53 tra đồ thò ta được : 
V
 g . 1,05
 V
Chọn cặp có trò số nhỏ nhất trong 2 cặp giá trò trên :
 g .hs
 2 0,003
g .D
V
Chọn 2 = 27,53 ta được 
V
 g . 1,05
 V
0,009.V 2 0,009.28 2
 hs 

0,72(m)
g
9,81
1,05.V 1,05.28
 

3,0( s )
g

9,81
2

2

9,81.3,0
g .
=
= 14,1 (m)
2.3,14
2.
 Kiểm tra lại điều kiện giả thiết ta được :
H = 28 (m) > 0,5.  = 0,5.14,1 = 7,05 (m)
 Vậy chứng tỏ giả thiết là đúng. Tức đây là trường hợp
sóng nước sâu.
- Tính hs1% = K1%. hs = 2,1.0,72 = 1,512 (m)
 Vậy giá trò bước sóng  =

5


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
Trong đó : K1% được tra theo đồ thò (P2-2) ứng với giá trò
27,53

g .D
=
V2

ta được K1% = 2,1
- Hệ số K1, K2 được tra ở bảng (P2-3), phụ thuộc vào đặc trưng
lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái :

1,5.10 3
Ta chọn  = 1,5 (mm)  Độ nhám tương đối :
=
=
hs1%
1,512
0,001
 K1 1
Tra bảng ta được : 
 K 2 0,9
- Hệ số K3 được tra ở bảng (P2-4), phụ thuộc vào vận tốc gió
và hệ số mái m.
Ta chọn : m = 3 và với V = 28 (m/s) > 20 (m/s)  K3 = 1,5
- Hệ số K4 được tra ở đồ thò hình (P2-3), phụ thuộc vào hệ số

mái m và trò số
hs1%
 m 3

Ta có :  
tra đồ thò được K4 = 1,4
14,1


9
,

3
h
 s1% 1,512
- Thay tất cả vào (*) ta được : hsl1% = k1.k2.k3.k4.hs1% =
1.0,9.1,5.1,4.1,512 = 2,86 (m).
b. Xác đònh  h’ và h’sl ứng với gió lớn nhất V’ :
- Xác đònh  h’ theo công thức sau :
V 2 .D '
12 2.2,5.10 3
h’ = 2.10-6.
.cosB = 2.10-6.
= 0,0024 (m).
g .H '
9,81.31
Trong đó :
g
= 9,81 (m/s2) .
D’ = D + 0,3km = 2,2 + 0,3 = 2,5 (km)
V = 12 (m/s) Ứng với MNDGC công trình cấp III
và P% = 50% tra bảng (P21)
H’ = MNDGC - Zmặt đất = (MNDBT + Hmax ) – Z mặt đất
= (108 + 3) – 80 = 31 ( m).
- Xác đònh h’sl :
Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức đảm bảo 1% xác
đònh như sau :
h’sl1% = k1.k2.k3.k4.hs1%
(*)
Trong đó :
 hs1% - chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%; k1.k2.k3.k4 –
các hệ số hs1% xác đònh như sau ( theo QPTL C1-78).

- Giả thiết đây là trường hợp sóng nước sâu : ( H’ > 0,5.  ' )
- Tính các đại lượng không thứ nguyên :
g .t
9,81.21600
=
= 17658
V'
12
 t : là thời gian gió thổi liên tục (s). khi không có tài liệu
lấy t = 6 giờ ( đối với hồ chứa ).
6


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
Tính :
g.D'
9,81.2,5.10 3
=
=170,31
V '2
12 2
Tra đồ thò (P2-1) ứng với 2 đại lượng không thứ nguyên trên ta
được các cặp giá trò sau
 g.h' s
 2 0,09
g .t
 V'
 ng với
= 17658tra đồ thò ta được : 

V'
 g. ' 4,3
 V '
 g.h' s
 2 0,024
g .D'
 V'
 ng với
= 170,31tra đồ thò ta được :

'2
V
 g. ' 1,85
 V '
Chọn cặp có trò số nhỏ nhất trong 2 cặp giá trò trên :
 g.h' s
 2 0,02
 V'
g.D'
Chọn
= 170,3ta được : 
'2
V
 g. ' 1,75
 V '
0,024.V ' 2 0,024.12 2
 h' s 

0,35(m)
g

9,81
1,85V ' 1,85.12
  '

2,3( s )
g
9,81
9,81.2,3 2
g. ' 2
 Vậy giá trò bước sóng  =
=
= 8,26 (m)
2.3,14
2.
 Kiểm tra lại điều kiện giả thiết ta được :
H’ = 31 (m) > 0,5.  ' = 0,5.8,26 = 4,13 (m)
 Vậy chứng tỏ giả thiết là đúng. Tức đây là trường hợp
sóng nước sâu.
- Tính h’s1% = K1%. h' s = 2,12.0,35 = 0,742 (m)
g.D'
Trong đó : K1% được tra theo đồ thò (P2-2) ứng với giá trò
=
V '2
170,31
ta được K1% = 2,12
- Hệ số K1, K2 được tra ở bảng (P2-3), phụ thuộc vào đặc trưng
lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái :

1,5.10 3
Ta chọn  = 1,5 (mm)  Độ nhám tương đối :

=
=
h' s1%
0,742
0,002
 K1 1
Tra bảng ta được : 
 K 2 0,9
- Hệ số K3 được tra ở bảng (P2-4), phụ thuộc vào vận tốc gió
và hệ số mái m.
Ta chọn : m = 3 và với V’ = 12 (m/s) < 20 (m/s)  K3 = 1,5
7


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
- Hệ số K4 được tra ở đồ thò hình (P2-3), phụ thuộc vào hệ số
'
mái m và trò số
h' s1%
 m 3

Ta có :
Tra đồ thò ta được K4 = 1,5
8,26
 '


11
,

13
 h'
 s1% 0,742
Thay tất cả vào (*) ta được :
h’sl1% = k1.k2.k3.k4.hs1% = 1.0,9.1,5.1,5.0,742 = 1,51 (m).
 Đây là công trình cấp III có mức bảo đảm tính toán của
chiều cao sóng 1% và độ bền các công trình là 5. Hệ số
Ki để tính sóng leo có mức đảm bào 1% là :
c. Tính độ vượt cao an toàn a và a’ :
- Tra theo bảng (2 – 1 ) sách GTTC tập I, ứng với công trình cấp
III ta được :
 a 0,5(m)

 a ' 0,4(m)
Thay tất cả các giá trò trên vào hệ pt (2-1) và (2-2) ta được :
 Z 1  MNDBT  h  hsl  a 108  0,013  2,86  0,5 111 ,373( m)


 Z MNDGC  h'h' a ' 111  0,0024  1,51  0,4 113 ( m)
sl
 2
- Vậy chọn chiều cao đỉnh đập theo trò số lớn nhất trong hệ
trên .
Cao trình đỉnh đập là : Zđđ = 113 (m)
2. Bề rộng đỉnh đập B :
- Xác đònh theo yêu cầu giao thông, thi công và cấu tạo. Khi
không có yêu cầu giao thông, có thể chọn B = 5  6m.
- đây ta chọn B = 6 m.
II. Xác đònh mái đập và cơ đập :
1. Mái đập :

- Sơ bộ đònh theo công thức kinh nghiệm, sau này trò số mái
được chính xác hóa qua tính toán ổn đònh :
- Ta sơ bộ xác đònh hệ số mái như sau :
 Đối với mái thượng lưu :
m1 = 0,05.H + 2,00 = 0,05.33
+ 2 = 3,65
 Ta chọn lại chop phù hợp m1 = 4
Trong đó H : là Chiều cao của đập H = Zđđ - Zđáy = 113 – 80 =
33 (m)
 Đối với mái hạ lưu :
m2 = 0,05.H + 1,50 = 0,05.33
+ 1,5 = 3,15
2. Cơ đập :
- Khi đập cao trên 15m thì ta bố trí cơ đập. Chọn bề rộng cơ =
3m,
chọn
P = 20 m;
P’ = 15 m

8


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C

m1

'

 m1' 3.65

m1 = 3,65
ta chọn
 ''
 m1 4
 m2' 3,15
m2 = 3,15 ta chọn
 ''
 m2 3,5
- Các hình thức chon cơ đập làm sao cho hợp lý và để đảm
bảo được về kinh tế và kỷ thuật. Và nhằm dể thi công và
quản lý khai thác sau này.

m

2'

3m
m1

2,5m
m

'

2'

2

m

P

m1"

H>15m

P'

hinh 2-1 : sơ đồminh họa xá
c đònh má
i đậ
p vàcơ đậ
p

III. Thiết bò chống thấm :
- Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm
khá lớn nên cần phải có thiết bò chống thấm cho thân
đập và cho nền.
- Theo bản đồ đòa hình ta thấy tầng thấm rất dày (T = 19 m).
- Chọn thiết bò chống thấm cho đập và nền : ở đây ta chọn
kiểu tường nghiêng + sân phủ để chống thấm cho đập.
- Ta có sơ đồ hình vẻ thể hiện dưới đây :
- Vật liệu làm tường và sân phủ là đất sét theo tài liệu
cho.
Trong phần chọn sơ bộ kích thước ban đầu cần xác đònh :
a. Chiều dày tường nghiêng :
- Trên đỉnh : thường 1 >= 0,8 m chọn 1 = 1 m.
1
1
1

- Dưới đáy : thường 2 =
.H =
.(MNDGC - Zđáy) =
.(111-80)
10
10
10
= 3,1 m.
Chọn 2 = 4 m.
9


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
b. Cao trình đỉnh tường nghiêng :
- Ta chọn : Zđt = 113 m ( nhằm thõa mãn là không thấp hơn
MNDGC ở thượng lưu ).
c. Chiều dày sân phủ :
- đầu : t1  0,5 m ta chọn t1 = 1 m
1
- cuối : t2 
.H ta chọn t2 = 3,5 m
10
d. Chiều dài sân phủ LS : Trò số hợp lý của LS xác đònh 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 chọn LS = (3  5).H như sau:
- Chọn LS = 4.H trong đó H là cột nước lớn nhất ứng với
MNDGC
H = MNDGC – Zđáy = 111 – 80 = 31 m

Vậy LS = 4.33 = 124 m
IV. Thiết bò thoát nước thân đập :
1. Đoạn lòng sông : Hạ lưu có nước
- Khi chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn, có thể chọn
thoát nước kiểu lăng trụ. Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn
mực nước hạ lưu lớn nhất, đảm bảo trong mọi trường hợp
đường bảo hòa không chọc ra mái hạ lưu (để đạt được điều
này, thường độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước
hạ lưu max phải bằng 1 - 2 m). Bề rộng đỉnh lăng trụ thường
 2m; mái trứơc và sau lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của
đống đá. Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền có
tầng lọc ngược.
- Khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều ( hmax  hmin ), có thể chọn
thiết bò thoát nước kiểu lăng trụ kết hợp với áp mái: (cao
trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu min, còn cao
trình đỉnh áp mái chọn cao hơn điểm ra của đường bảo hòa
ứng với trường hợp mực nước hạ lưu max).
2. Đoạn trên sườn đồi : Ứng với trường hợp hạ lưu không
có nước, cơ bộ đơn giản nhất có thể chọn là thoát nước
kiểu áp mái. Khi cần thiết phải hạ thấp đường bảo hòa
có thể chọn kiểu gối phẳng hay ống dọc.

10


Đồ n Thủy Công

Đặng Hải Sơn S5-44C

Y

1
MNDBT
m

hđ

t2

t1

2

1

K0

m

h1

2

1

h

h3
Kđ

0

'1
m 2

Kn

T

m
'2



X

m1h3
LS

L

l

hinh 2-1 : sơ đồthấ
mqua đậ
p cótườ
ng nghiê
ng +sâ
n phủ

11

h2


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
C. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN :
I. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán :
1. Nhiệm vụ tính thấm :
- Xác đònh lưu lượng thấm.
- Xác đònh đường bảo hòa trong đập.
- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền.
2. Các trường hợp tính toán : Trong thiết kế đập cần tính
thấm với các trường hợp làm việc khác nhau của đập :
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước max tương ứng.
- thượng lưu mực nước rút đột ngột.
- Trường hợp thiết bò thoát nước làm việc không bình thường.
- Trường hợp thiết bò chống thấm bò hỏng.
3. Các mặt cắt tính toán : Yêu cầu tính với 2 mẵt cắt đại
biểu.
- Mặt cắt lòng sông ( chỗ tầng thấm dày nhất).
- Mặt cắt sườn đồi (đập trên nền không thấm).
II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông :
- Theo tài liệu mặt cắt lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bò
thoát nước chọn loại lăng trụ.
- Sữ dụng sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ ( hình 2-2).
a. Xác đònh lưu lượng thấm : Dùng phương pháp phân đoạn để
tính. Bỏ qua độ cao hút nước a0 ở cuối dòng thấm, lưu lượng
thấm q và độ sâu h3 sau tường nghiêng xác đònh từ hệ pt sau

 h1  h3 .T

 q  K n . 0,44.T  L  m .h

S
1 3
(*)

2
2
 h3  h2 .T
 q  K . h3  h2  K .
d
n

2. L  m1 .h3 
L  m1 .h3  0,44.T  m'1 h2
- Các thông số của đập :
 Chiều cao của đập :
hđ = 33 m
 Chiều rộng đỉnh đập :
Bđđập = 6 m ( chọn để thiết kế )
 Chiều cao mực nước phía thượng lưu đập :
h1 = MNDBT - Zđáy = 108 – 80 = 28 m
 Chiều cao mực nước phía hạ lưu đập :
h2 = MNHLBT - Zđáy = 85 – 80 = 5 m
 Chiều dày tầng thấm đo được trên bản đồ đòa hình :
T = 19 m
 Các hệ số thấm của đất sét, đất nền, đất đắp đập
dùng trong thiết kế :

K0 = 4.10-9 m/s ; Kn = 10-6 m/s ; Kđ = 10-5 m/s
 Hệ số mái dốc của thượng hạ lưu đập :
m1 = 3,65 ; m2 = 3,15

12


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
Ta có :
1
m1
1
cotg = m2  tg =
m2
 Chiều dài của cả chân đập LCĐ :
hd
hd
LCĐ = Bđđập +
+
= Bđđập + hđ.(m1 + m2 )
tg 1
tg
= 6 + 33.(3,65 + 3,15) = 230,4 m
- Đối với thoát nước kiểu lăng trụ :
 Theo hình vẻ ta có :
1
cotg2 = m1'  tg2 = '
m1
 Cao trình đỉnh lăng trụ

cotg1 = m1  tg1 =






ZđTrụ = MNHLmax + d = 87 + 2 = 89 m.
Bề rộng đỉnh lăng trụ
BLTrụ = 3 m
Mái trước của lăng trụ chọn m1' = 2
Mái sau của lăng trụ chọn m2' = 2.5
Chiều cao của lăng trụ

hLTrụ = Zđỉnh - Zđáy = 89 – 80 = 9 m
 Tính chiều dài tính toán l của kênh lăng trụ :
 h
h
h 
 2  = h.m2 + m1' .(h – h2)
l=
+ 
tg
 tg 2 tg 2 
= 9.3,15 + 2.(9 – 5) = 36,4 m
- Vậy chiều dài tính toán L của đập là :
L = 230,4 – 36,4 = 194 m
- Thay tất cả vào hệ pt (*) trên ta được :
 h1  h3 .T


 q  K n . 0,44.T  L  m h

S
1 3

2
2
 h3  h2 .T
 q  K . h3  h2  K .
d
n

2. L  m1 .h3 
L  m1 .h3  0,44.T  m'1 .h2
 28  h3 .19

6
 q 10 . 0,44.19  124  3,65.h

3
 
2
2
 h3  5.19
h3  5
 q 10  5.
 10  6.

2.194  3,65.h3 
194  3,65.h3  0,44.19  2.5

- Giải hệ pt trên ta được kết quả sau :
 h3 8,97 m

5
3
 q 2,19.10 (m / s  m)
0
b. Phương trình đường điều hòa trong hệ tọa độ như trên hình (2
– 1) có dạng :
13


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
h32 

Y=


h32  h22
.X
L  m1 .h3
2
Y2 = h3 -

 Y2 = 8.972 -

h32  h22
.X
L  m1 .h3

8.97 2  5 2
. X = 80,5 – 0,34.X
194  3,65.8,97

c. Kiểm tra độ bền thấm :
Với đập đất, độ thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi
đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở
thiết bò 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 :
- Kiểm tra điều kiện với thân đập :
Jkđ   J k  d
Trong đó :  J k  d - là gradien cho phép của đất đắp đập được tra
ở bảng (P3-3)
ng với công trình cấp III và vật liệu là đất sét chặt ta
được :  J k  d = 1,80
h3  h2
8,97  5
Jkđ =
=
= 0,02
L  m1 h3
194  3,65.8,97
So ánh điều kiện trên ta thấy :
Jkđ = 0,02 <  J k  d = 1,80
Vậy điều kiện được đảm bảo .
- Kiểm tra điều kiện với nền đập :
Jkn   J k  n
Trong đó :  J k  n - là gradien cho phép của đất đắp đập được tra

ở bảng (P3-3)
ng với công trình cấp III và vật liệu là đất sét ta được :
 J k  n = 0,90
h1  h2
28  5
Jkn =
=
= 0,072
LS  L  0,88T  m2 h2
124  194  0,88.19  3,15.5
So ánh điều kiện trên ta thấy :
Jkn =0,072 <  J k  n = 0,9
Vậy điều kiện được đảm bảo .

14


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
III. 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 .
 Sơ đồ đập có tường nghiêng :
a. Lưu lượng thấm :
- Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ
sâu h3, a0 được xác đònh từ hệ phương trình sau đây :

h12  h32  Z 02
 q K 0 .

2. . sin 


h32  a 02
q

K
.
(**)

0
2. L  m1 .h3  m2 .a 0 


a0
 q K d .
m2  0,5

Y



Z0
1

m2

m

K0

h1
h3



Kđ

a0

0

L

X

hinh 2-2 : sơ đồthấ
mqua đậ
p cótườ
ng nghiê
ng trê
n nề
n khô
ng thấ
m,
hạlưu khô
ng cónướ
c

Giải hệ phương trình trên bằng cách thử dần các giá trò q,

h3 ,a0 :
- Xác đònh các đại lượng trong (**) :
 Các hệ số thấm của đất sét, đất nền, đất đắp đập
dùng trong thiết kế :
K0 = 4.10-9 m/s ; Kn = 10-6 m/s ; Kđ = 10-5 m/s
 Chiều cao mực nước phía thượng lưu đập :
h1 = MNDBT - Zđáy = 108 – 80 = 28 m
 Chiều dài của chân đập : L = 194 (m)
 Hệ số mái dốc của thượng hạ lưu đập :
m1 = 3,65 ; m2 = 3,15
 Độ dày trung bình của tường nghiêng :
1 4
 2
= 1
=
= 2,5 (m)
2
2

15


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
 Xác đònh Z0 :
Theo sơ đổ hình vẻ ta có : Z0 = .sin = 2,5.0,264 = 0,66
1
1
1
 tg =

Với cotg = m1 =
=
= 0,274   = 15,320
m
tg
3,65
1
 sin = 0,264
- Thay tất cả các giá trò vào phương trình (**) trên ta được :
2
2
2

 9 28  h3  0,66
 q 4.10 .
2.2,5.0,264


h32  a 02
9
 q 4.10 .
2.194  3,65.h3  3,15.a 0 


a0
5
 q 10 .
3,15  0,5

- Giải hệ trên ta được :

 q 0,1.10  5 (m 3 / s _ m)

 h3 25,05m
 a 6,25m
 0
b. Đường bảo hòa : Hệ trục tọa độ như trên sơ đồ hình (P2-2)
có dạng :
2.q
2.q
2
2
.X
. X  Y2 = h3 
Y = h3 
kd
kd
 Y2 = 25,052 -

0,1.10  5
X = 627,5 – 0,1X
10  5

c. Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt : tiến hành kiểm tra theo
công thưc sau :
Jkđ   J k  d
Trong đó :  J k  d - là gradien cho phép của đất đắp đập được tra
ở bảng (P3-3)
ng với công trình cấp III và vật liệu là đất sét chặt ta
được :  J k  d = 1,80
h3

25,05
Jkđ =
=
= 0,15
L  m1 h3
269  4.25,05
- So ánh điều kiện trên ta thấy điều kiện được thõa mãn.

16


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C

D. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP :
I. Trường hợp tính toán :
- Theo quy đònh của quy phạm, khi thiết kế đập đất thì cần
kiểm tra với các trường hợp sau :
1. Cho mái hạ lưu :
- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất
có thể xảy ra, thiết bò chống thấm và thoát nước làm
việc bình thường (tổ hợp cơ bản).
- Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết
bò thoát nước bò phá hoại (tổ hợp đặc biệt ).
2. 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
thể nhỏ hơn 0,2.H đập) tổ hợp cơ bản.
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp

nhất có thế xảy ra (tổ hợp đặc biệt ).
II. Tính toán ổn đònh mái bằng phương pháp cung trượt :
1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm : (hình P2-3). Sữ dụng 2
phương pháp ;
a. Theo phương pháp Filennít :
- Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM1 như trên hv.
- ng với độ dốc mái m1 = 4 tra bảng (4-1) GTTC tập I ta được :
 = 360 ;  = 250 .
b. Theo phương pháp Fanđêep:
- Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình cong bcde như trên
hình vẻ.
- Với hệ số mái m2 = 3,5 và chiều cao đập Hđ = 35 m tra bảng
(4-2) GTTC tập I ta được:
 R
 R  H d .3,025 35.3,025 106 m
 H 3,025
 d

 

 r 1,25
 r  H .1,25 35.1,25 44m
d

 H d
- 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 đònh tâm O1 sau dó vạch cung trượt đi qua điểm K ở chân
đập, tiến hành tính hệ số an toàn ồn đònh K cho cung tương
ứng trên, vẻ biểu đồ quan hệ giữa k với O1 , ta xác đònh

được trò số Kmin ứng với điểm K ở chân đập đó.
2. Xác đònh hệ số an toàn K cho 1 cung trượt bất kỳ :
Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, sữ dụng công thức của
Ghécxêvanốp để xác đònh hệ số an toàn K : Với giả thiết
là xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyễn
ra ngoài thành áp lực thủy tỉnh tác dụng lên mặt trượt và
hướng vào tâm.
17


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
Ta chia khối trượt ra thành các dải có chiều rộng b như hình
vẻ. Ta có công thức tính :
  N n  Wn .tg n   C n .l n (***)
K=
 Tn
Trong (***) ta có :
 n và Cn - là góc ma sát trong và lực dính đơn vò ở đáy
dải thứ n
 ln – là bề rộng đáy dải thứ n
 Wn – là áp lực thấm ở dảy thứ n.
Wn = n.hn.ln
 hn – là chiều cao cột nước tính từ đường bảo hòa đến đáy
dải
 Nn và Tn – thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng
lượng dải Gn
Nn = Gn.cosn
Tn = Gn.sinn
Gn = b.   i .Z i 

 Zi – là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là
i ( với i với đất ở trên đường bảo hòa thì lấy theo dung
trọng tự nhiên, còn đất ở phía dưới đường bảo hòa thì lấy
theo dung trọng bảo hòa nước )
 Giả sử ta chọn số dải ban đầu là m = 10 ,vậy chiều rộng
của mỗi dải là :
R 107,5

10,75m
b=
m
10
 Với bán kính mặt trượt tính cho điểm K : RK = 107,5 m
 Đất đắp đập có :
 dtn = 230  tg  dtn = 0,424
 dbh = 200  tg  dbh =0,364
 Đối với đất nền
 ntn = 260  tg  ntn = 0,488
 nbh = 220  tg  nbh =0,404
 Đối với đá :
 = 320 ; đá = 2,5 (T/m3) ; n = 0,35
 Dung trọng của nước : n = 1 (T/m3)
- Xác đònh dung trọng cho tầng lớp :
1 = tn =  kd + k.W = 1,62+ 1,62.0,2 = 1,94 (T/m3)
2 = bhd + n.n =1,62 + 1.0,35 = 1,97 (T/m3)
3 = bhn + n.n =1,59 + 1.0,39 = 1,98 (T/m3)
4đá = 2,5 (T/m3)
5da(bh) =  kda + n.n =2,5 + 1.0,35 = 2,85 (T/m3)
- Kết quả tính toán sau khi chia dải trên hình vẻ ta được :
R = 107.5 m ; m = 14 (dải) ; b = 10.75 m

18


ẹo Aựn Thuỷy Coõng
ẹaởng Haỷi Sụn S5-44C

19


Đồ n Thủy Công
h1
h3
h4
h2
(m)
(m) (m)
(m) Đất đá+
Đất


0
sin  n
độ

cos
 n0

Ln =
b
cos  n

(m)

(1)

(2)

(6)

(7)

(8)

(9)

8

6.4

530

0.80

0.60

7

14.3

440

0.70

0.72

6

17.3

370

0.60

0.80

5

16.5

4.6

300

0.50

0.87

4

15.2

10

240

0.41

0.91

3

13.7

170

0.29

0.96

2

12.2

120

0.21

0.98

1

10.8

60

0.10

0.99

0

9.6

9.4

00

0

1

-1

9.6

6.5

1.1

-60

-0.10

0.99

16.
8

0.5+
6

-12

0

-0.21

-3

14.
0

5+6

-170

-4

10.
0

1.2+
6

-5

4.6

2.9

TT
Cun
g

-2

Tn

6.9

Tổng

(3)

BH

đá bh

(4)

(5)

7.0
15.
2
16.
4
15.
1
13.
7
12.
4
11.
0

14.
0
16.
8
18.
5
19.
0
18.
5

0
n

17.9

2
14.9
3
13.4
4
12.3
6
11.8
1
11.2
0
10.9
7
10.8
6
10.7
5
10.8
6

0.98

10.9
7

-0.29

0.96

-240

-0.41

-300

-0.50

Ci

T/m2

(10
)
3
2.4
2.4
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7

Gn
T/m

Đặng Hải Sơn S5-44C
Nn
Tn

Wn
Nn - W n
T/m
(T/m) (T/m) (T/m)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

53.79

71.72

0

53.79

232.4
3
422.9
8
559.8
0
652.3

7
726.0
0
756.7
5
756.0
4
727.5
4
682.2
9

225.9
8
317.2
4
321.7
3
293.9
2
219.3
1
162.1
6

104.5
1
204.2
5
259.4

8
296.5
1
310.1
8
320.3
1
320.3
3
305.3
0
336.6
2

89.6
6
322.
82
528.
73
643.
45
716.
89
756.
25
772.
19
763.
68

727.
54
689.
18

0.7

554.
85

543.7
5

11.2
0

0.7

616.
19

591.5
4

0.91

11.8
1

0.7

424.
62

386.4
0

0.87

12.3
6

0.7

184.
20
78

160.7
6

76.37
0.00
-68.92
116.5
2
178.7
0
174.0
9

-92.39
1105.
12

127.92
218.73
300.32
355.85
415.82
436.44
435.71
422.24
345.67

tgn

(16)
0.42
4
0.36
4
0.36
4
0.40
4
0.40
4
0.40
4
0.40

4
0.40
4
0.40
4
0.40
4

(Nn Wn). tgn
(T/m)

(T/m)

(17)

(18)

22.81

53.75

46.56

35.83

79.62

32.25

121.33

8.65

143.77

8.27

167.99

7.84

176.32

7.68

176.03

7.60

170.58

7.53

139.65

7.60

Cn.L

250.1

293.65
0

0.40
4

118.63

7.68

223.9
367.58
6

0.40
4

148.50

7.84

189.0
197.39
1

0.40
4

79.75

8.27

130.9
8

0.40
4

12.03

8.65

1308.59

209.4
3

29.78


Đồ n Thủy Công

Đặng Hải Sơn S5-44C

Y

c

B
b

A
06
R1

n

M
75
R10

d

r44

e



36°

b

m2

8
h3

01
h2

7

1
m'

6

0

5
Hd
M1



m'2

3

2

1

02

-1

Hình 2-4 : Xá
c đònh vù

ng tâ
m trượt nguy hiể
m củ
a má
i đậ
p
Tính cho mộ
t điể
m

h2
k

h3
4

4.Hd=157,5m

21

25°

m1

85°

Hd

h1

-2

-3

-4

-5

X


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
- Theo kết quả tính toán ở bảng trên ta thay tất cả các giá
trò vào (***) ta được :
  N n  Wn .tg n   C n .l n = 1308,59  209,43 = 1.37
K=
1105,12
 Tn
- So sánh theo điều kiện ta thấy :
 K 1,37   K  1,20

 K 1,37  1,15. K  1,38
- Vậy điều kiện về hợp lý của mái được thõa mãn.
E. CẤU TẠO CHI TIẾT :
I. Đỉnh đập :
- Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần
phủ một lớp dăm – sỏi dày từ 15  25cm để bảo vệ. Mặt
đỉnh đập dốc về hai phíavới độ dốc i = 2 4% để thoát
nước mưa.

II. Bảo vệ mái đập :
1. Mái thượng lưu :
- Hình thức bảo vệ mái thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào
các yếu tố của sóng và khả năng cung cấp vật liệu.
- Khi tính toán lớp bảo vệ mái, cần dựa vào chiều cao sóng
lớn nhất( theo tuần suất gió và mức đảm bảo sóng lớn
nhất được quy đònh theo quy phạm)
- Trong trường hợp này ta có hs = 0,84m <1,25m nên có thể
bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan.
- Trọng lượng cần thiết của hòn đá ( tính theo san-kin)
  .h
1 m2 
G = A.đ.  n s .

  d   n m.( m  2) 

3

Ls
= 19 > 15
hs
Ls : là chiều sóng Ls = 16 m
hs : là chiều cao sóng hs = 0,84 m
đ : là dung trọng của hòn đá: đ = 2,5 T/m3
n : là dung trọng của của nước .đ = 1 T/m3
m : là hệ số mái dốc thương lưu : m = 4
Thay tất cả vào công thức trên ta được
Trong đó : A = 0,82 do

3

 1.0,84 1  4 2 
G = 0,82.2,5. 
.
 = 1,87.10-3 T/m2
2
,
5

1
4
.(
4

2
)


- Chiều dày lớp đá đổ được xác đònh theo công thức sau:
n
1  m2
1
1  42
.
.hs = 1,7.
tđ = 1,7.
.
.0,84 = 0,2 m
 d   n m.(m  2)
2,5  1 4.(4  2)

22


Đồ n Thủy Công
Đặng Hải Sơn S5-44C
- Chiều dày lớp đá đổ phải đảm bảo điều kiện sau :
G
t > 2,5. 3
d
G
- Ta thấy t = 0,2 > 2,5.
= 2,5.
d
3

3

1,87.10  3
= 0,19
2,5

2.Mái hạ lưu : Mái hạ lưu đập cần được bảo vệ chống xói
do nước mưa gây ra. Phổ biến nhất là dùng hình thức trồng
cỏ. Khi đó trên mái cần đào rảnh nhỏ nghiêng với trục
đập góc 450, trong rảnh bỏ đá đam để tập trung nùc mưa.
Nước từ các rảnh tập trung vào mương ngang bố trí ở cơ,
mương ngang có độ dốc về 2 bên bờ để nối với mương dọc
dẫn nước về ha lưu.
III. Nối tiếp đập với nền và bờ :

1. Nối tiếp đập với nền : Về các hình thức chống thấm
cho nền đã được nêu ở trên. đây đề cập đến việc xữ
lý mặt tiếp giáp giữa thân đập và nền. Thường phải bóc
một lớp dày 0,3 1 m trên mặt nền: khi đất thân đập và
đất nền khác nhau, cần làm các chân răng. Khi đấp đập
trên nền đá có thể làm các răng bê tông hay đá xây.
2. Nối tiếp với bờ : Nói chung cần đảm bảo các yêu cầu
như nối tiếp đập với nền cần chú ý thêm các điểmsau :
- chổ tiếp nối với bờ, thiết bò chống thấm phải cắm sâu
vào đá tốt hoặc đá ít phong hóa. Khi tầng không thấm nằm
rất sâu trong bờ thì phải cắm thiết bò chống thấm vào bờ
một khoảng nhất đònh.
- Mặt nối tiếp thân đập với bờ không đánh cấp, không làm
quá dốc, không cho phép làm dốc ngược.
F. KẾT LUẬN :
- Các bản vẻ mặt cắt dọc và mắt cắt ngang thể hiện trên
khổ giấy A1
- Các tài liệu tham khảo
 Giáo trình thủy công tập I
 TCVN 5060 – 90
 Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén QPVN 11-77
 Quy phạm tải trọng do sóng và tàu QPTL C1 – 78
 Thiết kế đập đất (của Nguyễn Xuân Trường)

23