Đồ án đập đất 23B ĐHTL

Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY CÔNG

THIÊT KẾ ĐẬP ĐẤT
A . TÀI LIỆU CHO TRƯỚC :
I. Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau đây:
1. Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác.
2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân.
3. Kết hợp nuôi cá ở lòng, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.
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.
III. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản :
1. Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập.
2. Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ; chỉ tiêu cơ lý ở của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng
1. Tầng đá gốc rắn trắc , mức độ nứt nẻ trung bình . lớp phong hoá dầy 0,5- 1 m.
3. Vật liệu xây dựng :
a) Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu:
A ( trữ lương 800.000m3 cự ly 800m )
B (trữ lượng 600.000m3 cự ly 600m )
C ( trữ lượng 1.000.000m3 cự ly 1 km ).
Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1.
Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km , trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm.

b) Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn , chất lượng đảm bảo đắp đập , lát mái :
Một số chỉ tiêu cơ lý :  =32o ; 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:
1


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

Chỉ tiêu

Loại
Đất đắp đập
(chế bị)
Sét
(chế bị)
Cát
Đất nền

SV thực hiện:

 (độ)

Nguyễn Sinh Dưỡng

C (T/m2)

K

k

Bão
hòa

(T/m3)

(m/s)

3,0

2,4

1,62

10-5

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

HS
rỗng
n

Độ
ẩm
W%

Tự
nhiên

Bão
hòa

Tự
nhiên

0,35

20

23

20

0,42

22

17

0,40
0,39

18
24

30
26

Bảng 2 - Cấp phối của các vật liệu đắp đập:
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 và các thông số kỹ thuật:
- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3
- Tràn tự 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 =1,8km ; ứng với MNLTK: D’= D+0.3 = 2,1 km

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất
Đặc trưng hồ chứa

Mực nước hạ lưu (m)
2


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

Đề

Sơ

số

đồ

23

B

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

D (km)

MNC (m)

MNDBT (m)

Bình thường

Max

1,8

68

84

60

62,2

+ Mực nước lũ thiết kế : MNLTK = MNDBT + Htràn= 84 +3 = 87 (m)
+ Mực nước lũ kiểm tra : MNLKT = MNLTK + 1,5 = 87+1,5 =88,5 (m)
B . NỘI DUNG THIẾT KẾ
I. 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.
II. 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.

3


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

BÀI LÀM
A. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
I. Nhiệm vụ của công trình:
Lưu vực của dòng sông S là một vùng đất rộng lớn. Mà nhu cầu về nước của vùng này rất lớn. Do
vậy vấn đề cấp nước cho sản xuất là rất cần thiết. Chính vì vậy ta phải tạo ra một hồ chứa H trên sông S.
Hồ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác và kết hợp
nuôi cá ở lòng hồ, cấp nước phục vụ sinh hoạt cho 5000 dân và tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và
phục vụ du lịch.
Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu mối
đó là:
1. Một đập chính ngăn sông.
2. Một đường tràn tháo lũ.
3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước.
II. Chọn tuyến đập:
Dựa theo bình đồ B của khu đầu mối đã cho: Hai bên bờ sông có 2 ngọn đồi  100m nằm đối
xứng nhau và thu hẹp lòng sông lại. Theo mặt cắt địa chất tuyến đập: tầng đá gốc của quả đồi tương đối
tốt, lớp phủ tàn tích dày .Tại khu vực 2 quả đồi đều có các bãi vật liệu thuận tiện cho việc thi công. Do
vậy ta chọn tuyến đập B-B đi qua 2 đỉnh của quả đồi như hình vẽ đã cho.
III. Chọn loại đập:
Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối dày. Về vật liệu địa phương chủ
yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m);

C(trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1Km). Điều kiện khai thác dễ, thuận tiện cho việc thi công. Vì vậy ta
chọn loại đập đất.
Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đã cho ta
thấy trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá nhiều, chất lượng tốt. Đủ làm
vật liệu chống thấm. Do vậy ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm.
Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngợc và bảo vệ mái sau khi làm xong
đập đất.

4


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1. Cấp công trình: xác định theo 2 điều kiện :
a) Theo chiều cao công trình và
loại nền :
Cao trình đỉnh đập:
Zđỉnh đập= MNLTK + d với d = 1,5
3,0 chọn d = 2 thay số ta có
Zđđ = 87 + 2 = 89 (m)
Từ mặt cắt địa chất tuyến đập C
Zđáy đập = 52,5 – 0,5= 52 m. (có kể
đến bóc bỏ 0,5 m )
Vậy chiều cao đập là:
Hđập = Zđỉnh đập - Zđáy đập

= 89 - 52
= 37 m.
Tra theo QCVN 04-05: 2012 với đập
đất, nền loại B (đất hòn thô, đất sét ở
trạng thái cứng, nửa cứng)
 Cấp thiết kế là cấp I

b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tưới cho 2650ha . Tra bảng QCVN 04-05: 2012

 Cấp thiết kế là cấp III
So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp I
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 P = 0,5%
- 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 tương ứng với cấp công trình cấp I là P = 2%,
và P = 25% (theo bảng 3 TCVN 8216:2009)

5


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

- Theo quan hệ giữa P% và V (đề bài cho)
P = 2 %  V = 32 m/s

: MNDBT

P = 25 %  V = 15,5 m/s : MNLTK
B. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.
I. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập:
- Xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNLTK.
Z1 = MNDBT + h + hsl + a
Z2 = MNLTK + h ’ + hsl’ + a’
Z3 = MNLKT + a’’
Trong đó:

h và h ’ : Độ dềnh do gió ứng với 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 (theo QPTL C1-78)
a và a’: Độ vượt cao an toàn ứng với cấp công trình cấp II
 a 1,2
 a , 1,0
(theo bảng TCVN 8216:2009)

 a ' ' 0,3

a) Xác định h , hsl ứng với gió lớn nhất V :
* Xác định h :
h  2.106.

V 2 .D
.cos  s
gH

Trong đó:
V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ( ứng với p=2%) : V = 32(m/s)
D - Đà sóng ứng với MNDBT: D = 2.103(m) (theo đề bài)
g- Gia tốc trọng trường (m/s2): g = 9,81(m/s2)
H- Chiều sâu nước trước đập (m) :
6


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

H =  MNDBT -  đáy sông = 84 – 52 = 32(m)

 S - Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió
 S = 00
Thay số ta có :
322.1,8.103
h  2.10
1 = 0,012 (m)
9,81.32
6

* Xác định hsl:
Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
hsl(1%) = K1 . K2 . K3 . K4 . K. hs1%
Trong đó:
hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%;

K1, K2 - các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối  /h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập được
tra ở bảng phụ lục P2-3;
K3 - hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4;
K4 - hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3.
Xác định hs1%
- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H �0,5 
- Tính các giá trị không thứ nguyên

gt gD
,
V V2

Trong đó
g : là gia tốc trọng trờng lấy g = 9,81 ( m/s2)
t : thời gian gió thổi liên tục . Lấy t = 6giờ = 21600s
V : vận tốc gió tính toán V = 32 m/s
D : chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT ; D = 1800 m.
Thay số ta tính được:
gt 9,81.21600

 6621, 75
V
32
gD 9,81.1800

 17, 24
V2
322

Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được hai cặp giá trị:

7


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

�g H
� 2  0, 07.
gt
�V
 6621, 75 � �
V
�gT  3, 7.
�
�V

SV thực hiện:

�gH
 0,0078
�
gD
�V 2
 17,24 � �
V2
�gT  0,93
�
�V

và

Ta tìm được cặp giá trị nhỏ nhất là:

Nguyễn Sinh Dưỡng

�gh
� 2  0, 0078
�V
�
� gt  0,93
�
�V

0, 0078.322
= 0,814 (m)
9,81
0,93.32
t
 3, 03
9,81

� h

bước sóng trung bình xác định theo công thức sau :
g 2 9,81.3, 032
 

 14,34m.
2
2.3,14

H = 32 m ;
0,5.  =0,5.14,34 = 7,17 m � H > 0,5  � giả thiết là đúng.
Vậy sóng là sóng nước sâu.
- Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau :
hs1%=K1%. h
Trong đó: K1% tra theo đồ thị hình P2-2 ứng với

gD
 17, 24 và P = 1 %.
V2

� K1% = 2,09

chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
hs1% =K1%. h = 2,09.0,814 = 1,701 (m)
Do hs1% > 1,25 nên ta làm mái đập bằng bê tông
K1, K2 - các hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối  /h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập
(phụ lục P2-3); chọn lớp vật liệu gia cố mái là bê tông � giá trị K1 = 1 ; K2 = 0,9
K3: giả thiết hệ số mái m = 35 ; V =32m/s tra bảng P2-4 ta được K3 =1,5
 14,34

 8, 43 và sơ bộ chọn m = 4 tra trên đồ thị hình P2-3 suy ra K4=1,35
K4 : ta có
h1%

1, 701

Tra K :  =0 tra bảng P2-6 suy ra K = 1
Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là :
hsl1% = K1.K2.K3.K4.K.hs1% = 1. 0,9. 1,5. 1,35. 1. 1,701 = 3,1 (m)

Vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :
8


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

Z1 = MNDBT + h + hsl + a = 84 +0,012 + 3,1 + 1,2 = 88,312 (m)

b. Xác định h’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’
Tương tự như trường hợp MNDBT nhưng tiến hành với MNLTK và vận tốc gió tương ứng với tần
suất P = 25% .
* Xác định h’
h’ được xác định theo công thức sau
h'  2.106

V '2 D '
cos  '
gH '

Trong đó
V’ : vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P25% suy ra V’ = 15,5 m/s
D’ đà sóng ứng với MNLTK
D’ = D + 0,3km = 1800 + 300 = 2100 m
H’ chiều sâu nước trước đập ứng với MNLTK
H’ = MNLTK – Zđay đập = MNDBT + Hmax – Zđáy đập
Thay số : H’ = 84 + 3 – 52 = 35 m

 s góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió
Tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy  ‘s = 0 � cos ‘ =1
Thay các số vào công thức ta tính được h’
V '2 D '
2
3
h  2.10
cos  '
6 15,5 .2,1.10
'
2.10
1
gH
=
= 2,94.10-3 m.
9,81.35
'

6

* Xác định hsl’ :
Theo QPTL C1-78 , chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được tính như sau :
hsl1%’ = K1’ .K2’ .K3’.K4’ K ‘s.hsl’
hsl’1% : chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% đợc tính với trường hợp gió bình quân lớn nhất V’=
15,5 m/s
K1’ ,K2’ : các hệ số tra ở bảng P2-3.
K3’: Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-4.
K4’ : hệ số tra ở đồ thị hình P2-3.
K ‘s : hệ số phụ thuộc vào s’ tra ở bảng P2-6.
Xác định hsl1%’ theo QPTL C1-78

9


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H’  0,5 ’ )
Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :
gt 9,81.6.3600

 13670, 71
V,
15,5
gD, 9,81.2100

 85, 75
V ,2
15,52

Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được :
�gH
�g H

0,
088.
 0,017
�

�
2
2
gt
gD�
�V �
�V �
 13670, 71 � �
 85,750 � �
và
2
V�
V�
�gT  4,1.
�gT  1,5
�
�
�V �
�V �
Ta chọn được cặp giá trị nhỏ nhất là:

� h

 gh
 2 0,017
V

 g t 1,5
 V

0,017.15,5 2
= 0,416 (m)
9,81

1,5.15,5
t
2,37
9,81

2

g ,
9,81.2,37 2
 

8,77
2
2.3,14
,

Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 '
H’ = 35 m. > 0,5. 8,77 = 4,385 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết
*Tính h’s1% = K1%. h,
Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng
gD,
 85, 75
V ,2

� K1% = 2,09

h’s1% = 2,09. 0,416 =0,87 (m)
K1, K2, chọn lớp vật liệu gia cố mái là bê tông  K’1 =1 ; K’2 =0,9
Hệ số K’3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
Chọn sơ bộ hệ số mái: m = 35
Tra bảng P2-4 bằng cách nội suy ta được  K’3 = 1,3 (Vgió = (20>15,5m/s > 10m/s)
Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái sơ bộ m =4 và trị số

h

,

,

s 1%



8,77
10,08
0,87

 K 4, = 1,2

h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4. K. h’s1% = 1. 0,9. 1,3. 1,2. 1. 0,87 = 1,22 (m)
10


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

Vậy Z2 = MNLTK + h ’ + h’sl + a’
= 87 + 2,94.10-3 + 1,22 + 1,0 = 89,22 (m)
Z3 = MNLKT + a’’ = 88,5 + 0,3 = 88,8 (m).
Chọn cao trình đỉnh đập: Zđỉnhđập=(Z1, Z2, Z3)max = 89,22 (m). Vậy ta chọn cao trình đỉnh đập thiết
kế : Z = 89,5m.
2. Bề rộng đỉnh đập:
Với công trình cấp I không làm đường giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng đỉnh đập là
B = 10 m. để thi công thuận tiện và phù hợp với chiều cao đập.
II. Mái đập và cơ:
1. Mái đập:
Chiều cao đập H = Zđ - Zđáy = 89,5 – 52 = 37,5 (m).
Sơ bộ hệ số mái xác định sơ bộ theo công thức sau:
+ Mái thượng lưu: m1 = 0,05H +2,00 = 0,05. 37,5 + 2 = 3,875
+ Mái hạ lưu :

m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05. 37,5 + 1,5 = 3,375

Chọn chẵn cho mái: m1 = 4, m2 =3,5
2. Cơ đập:
- Đập cao 37,5m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu
- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m nên ta đặt cơ đập hạ lưu ở dưới mặt đập
khoảng 17,5 m. Cao trình cơ đập là +72
- Bề rộng cơ theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m. Nên chọn B cơ = 3m
III. 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.
- Tầng thấm tương đối dày (T > 10m) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập và cho nền

thích hợp sau:
+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ
11


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

Theo đề bài hình B đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được
T = 13,5 m do lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi
0,5 m
� chiều dầy thực của tầng thấm là T = 13,5 – 0,5 = 13 m > 10m. Ta chọn phương án: Dùng thiết

bị chống thấm kiểu tường nghiêng sân phủ.
1. Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:
a) Chiều dày tường nghiêng :
- Trên đỉnh: 1 �3m .Chọn 1  3m
- Dưới đáy:  2 
Trong đó:

H
J

H- Là chênh lệch cột nước trước và sau tường.

J

là gradien chống thấm cho phép của vật liệu làm tường . Khi vật liệu làm tường bằng

đất sét chọn  J  = 5  10 . Lấy [J] = 6.
H= Hmax = MNDBT + Hmax –Zđáy=84 +3 -52= 35 (m)
 2 =

35
 5,83
6

=> Chọn 2 =6 (m)

Chiều dày trung bình của tường nghiêng là:  =(3+6)/2=4,5 (m)
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng:
Chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu.
Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng  cao trình đỉnh đập đất = +89,5 m
c) Chiều dày sân phủ:
- Ở đầu : Chọn t1= 1(m)

H max 35
  5,83 m. Chọn t2 =6m.
- Ở cuối : t2 �
[J]
6
=>Chiều dày trung bình chân răng là t =

t1  t2 1  6

 3,5(m)
2

2

d) Chiều dài sân phủ :
- Trị số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm qua thân đập và nền và

12


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm của đất nền.Sơ bộ có thể lấy L s=(3
-5)Hmax.Trong đó Hmax=35m => Ls= 4.35=140m.
IV. Thiết bị thoát nước thân đập.
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập.
1. Đoạn lòng sông:
- Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước hạ lưu:
HHL max = MNHLmax - Zđáy = 62,2– 52 =10,2(m)
HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 60 – 52= 8 (m)
Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta chọn thoát nước kiểu lăng trụ.
- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2) m.
Chọn 1m
- Do đó chiều cao lăng trụ hlt = 10,2 + 1,0 = 11,2(m) ,Zlt=63,2m.
- Bề rộng đỉnh lăng trụ b �2m chọn b = 2 m
- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5
2. Đoạn sườn đồi:

Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước. sơ đồ đơn giản nhất là thoát nước kiểu áp mái.

13


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

MẶT
CẮT
NGANG
THÂN
ĐẬP TẠI
VỊ TRÍ
LÒNG
SÔNG
14

Nguyễn Sinh Dưỡng


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

C. 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 q
- Xác định đường bão hòa trong đập
- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền.
2. Nhiệm vụ:
Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền .Trên cơ sở đó tìm được lượng nước tổn thất của
hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thích hợp .
Xác định vị trí đường bão hòa ,từ dó tìm được áp lực thấm dùng trong tính toán ổn đinh mái dốc
của đập.
Xác định Gradien thấm (hoặc lưu tốc thấm ) của dòng chảy trong thân , nền đập , nhất là ở chỗ
dòng thấm thoát ra ờ hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm , đẩy trồi đất và xác định kích thước cấu tạo
của tầng lọc ngược.
3. Các trường hợp tính toán:
Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập.
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng.
- Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước max tương ứng.
- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột
- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
- Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng.
Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất. ,thiết bị chống thấm làm việc bình thường
Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 84 – 52 = 32(m)
Hạ lưu là

: H2 = 0 (m)

Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ.
15


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
1. Phương pháp tính toán:
Có nhiều phương pháp tính toán thấm , thông dụng nhất là phương pháp phân tích lý luận , đồ
giải , và thí nghiệm.
Trong phạm vi đồ án này chọn tính toán thấm bằng phương pháp thủy lực giới hạn trong bài toán
phẳng , thấm ổn định và không xét đến ảnh hưởng của mao dẫn . Độ chinh xác của phương pháp này còn
kém chính xác hơn các phương pháp khác vì phải dựa vào một số tiền đề , giả thiết nhất định . Tuy nhiên
các giải này có thể giải được những trường hợp phức tạp khác nhau trong thực tế và cũng đủ đáp ứng yêu
cầu kỹ thuật .
-

Dòng thấm tuân theo định luật Đácxy

-

Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng

-

Dòng thấm ổn định

-

Nước chứa đầy các kẽ rỗng và đất không có tính ép co được

-

Bài toán thấm không xét đến mao dẫn

-

Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước.

2. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông:
Sơ đồ như hình vẽ :
6.00
1.00

3
2

3.00

2.00

6
1.00

16


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

a) Lưu lượng thấm
Vì hệ số thấm của tường nghiêng + sân phủ nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số thấm của nền và đập
nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của pavolopxki : Bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng
sân phủ.
Dùng phương pháp phân đoạn,xét cho đoạn phía trước h3.Vì hệ số thấm của vật liệu làm tường và
sân phủ nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số thấm của nền nên xét gần đúng ta bỏ qua lưu lượng thấm của
tường nghiêng và sân phủ.
Đoạn 1 : q  qn  K n .J n .n  K n
Đoạn 2 : q = qn + qd = K d

h1  h3
.T
Ls  mh3  0, 44T

h 23  (a0  h2 ) 2
[h  (h2  a0 )]T
 Kn 3
2L
L  0, 44T

Với ao  (h 3  h2 ) 2  L  L

Trong đó:
Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5 m/s
Hệ số thấm của nền Kn = 10-6m/s

 : Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 4,5 m
t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 3,5 m

h1 = 32 m
h2 = 0 m
m: Hệ số mái thượng lưu = 4
m2: Hệ số mái hạ lưu = 3,5
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
L = m1.H+B+m2.(Zdinhdap-Zcơdap)+Bcơ+m2.(Zcơ -Zlăngtru) - mlăngtru.(hlăngtru – h2)-m1h3
Thay và giải hệ phương trình:
qn  106.

q  105

(h1  h3 ).13
0, 44.13  140  4.h3

h32  ( ao  h2 ) 2
[h  (0  a0 )].13
 106. 3
2.L
L  0, 44.13
17


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

Dùng phương pháp thử dần ta tìm được :
h3 = 8,64 (m) => L = 203,69m.

q = 2,66.10-6 (m2/s)
ao=0,205(m)

*) Phương trình đường bão hòa:
y=

h32 

2qx
=
kd

8, 642 

2.2, 66.10 6
x =
105

74, 65  0,532x

*) Kiểm tra độ bền thấm:
- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:
J kd  J k  d

Trong đó:
J kd 

h3  h2 8, 64  0

 0,042

L
203, 69

[Jkđ] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep.
Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha
ta được [Jkđ] = 0,55
Vậy

Jkđ < [Jkđ] . Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập.

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:
Jkn [Jkn]
Trong đó:
J kn 

h3  h2
8, 64  0

 0, 019
'
Ls  L  m1h3  0,88T  m .h2 203, 69  215,85  1,5.8, 64  0,88.13  1,5.0

[Jkn] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep. Tra bảng P3-2 tra theo loại đất cát
hạt trung bình với công trình cấp I ta được [Jkn] = 0,22
Vậy Jkn  [Jkn]. Nên nền đảo bảo ổn định thấm.

18


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

III. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi :
Sơ đồ của mặt cắt sườn đồi là đập trên nèn không thấm, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp
mái.

`

- Các thông số:
Theo địa hình ta chọn được cao trình đáy để tính thấm cho mặt cắt sườn đồi là 122(m). dã bóc bỏ
đi 0,5 m . Ta có sơ đồ thấm như sau :
- Do đó h1 =MNDBT – Zđay = 84 - 52 = 32 (m)
- Chiều cao đập: H= Zdinhdap – Zđay =89,5- 75= 14,5 (m)
- Hệ số mái m1 = 4 (thượng lưu)
m2 = 3,5 (hạ lưu)
+ Z0 =  .cos  = 4,5.0,97 = 4,365(m)
+ sin  =0,243
+ L = m1.H + B + m2.H =4.14,5+10+ 3,5.14,5= 118,75 (m )
+ Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5m/s
+ Hệ số thấm của thiết bị chống thấm Ko = 4.10-9m/s
+  : Bề dày trung bình của tường nghiêng = 4,5 m
a) Lưu lượng thấm:
Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, ao được xác định từ hệ sau:

19

Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

�
h 2  h32  Z 02
�q  K 0 1
2 sin 
�
�
h32  a02
�
�q  K d
2  L  m1h3  m2 a 0 
�
�
a0
�q  K d
m2  0,5
�

Nguyễn Sinh Dưỡng

2
2
2
�
9 32  h3  4,365
�q  4.10
2.4,5.0, 243

�
�
h32  a02
�
5
�q  10
2  118, 75  4.h3  3,5.a 0 
�
�
a0
�q  105
3,5  0,5
�

Thay số ta được bằng phương pháp thử dần ta được các giá trị sau:
a0 = 0,04(m)
h3 = 1,48 m
q = 9,83.10-8 m2/s
b) Đường bão hòa:
Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:
2q
2.9,83.108
Y  h2 
x  1, 482 
.x  2,19  0, 02.x
3 k

5
10
d

c) Kiểm tra độ bền thấm:
Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ  [Jkđ]
Trong đó:
J kd 

h3
1, 48

 0, 013
L  m1h3 118, 75  4.1, 48

Vậy

Jkđ < [Jkđ] =1,05 (Bảng P3-3)

Vậy độ bền thấm được đảm bảo.

20


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

D. Tính toán mái đập
I. Trường hợp tính toán
Theo quy phạm, khi thiết kế đập đát, cần kiểm tra ổn định 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 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)
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 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).
=> Trong đồ án này ta tính cho trường hợp thượng lưu là MNLTK,hạ lưu ứng với Zhl bình thường.
- Tính thấm cho mặt cắt lòng sông với TL là MNLTK,HL là Zhl bình thường.
Ta có Lưu lượng thấm qua đập : qđập = 1,4.10-6 (m3/s) nên
2
Ta có phương trình bão hòa: y  H 3  2

X
Y

0
11.250

50
10.609

qx
Kd

100
9.928

150

9.196

200
8.400

205.25
8.000

II. Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt.
1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.
Sử dụng 2 phương pháp:
a) Phương pháp Filennít.
Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình vẽ
0
0
Tra bảng (6-5 tr146 GT Thủy công) với m = 3,5 ta có   35,5 ;   25

b)Phương pháp Fanđeeps
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd như trên hình vẽ.

21


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập H đ, tra ở bảng 6-6 giáo trình

thủy công. Với m = 3,5
R/H = 3,025.  R = (R/H).H = 3,025.37,5 = 113,44(m)

 r = (r/H).H = 1,25.37,5 = 46,875 (m)

22

SƠ ĐỒ
XÁC
ĐỊNH
PHẠM
VI
CHỨA
TÂM
CUNG
TRƯƠT
NGUY
HIÊM
NHẤT

r/H = 1,25


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

23

Nguyễn Sinh Dưỡng

Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

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 O 1, O2, O3. Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q 1 ở chân đập,
tiến hành tính hệ số an toàn ổn định.
K1, K2, K3 cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi ta xác định
được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng MB. Từ vị trí của tâm O ứng với K min đó kẻ đường
thẳng N-N vuông góc với đường MM 1. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác vách các cung cũng đi
qua điểm Q1 ở chân đập. Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K, theo tâm O ta xác định được trị số
Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập.Với các điểm Q 2, Q3... 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 K min với các điểm ra của cung Q i ta tìm
được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1
ở chân đập.
2. 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 hình:
Chia khối trượt thành các dải có số dảI là n chiều rộng mỗi dảI là b
trong đó b được xác định như sau : b = R/m
m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 20}
chọn m = 10
Ta có công thức tính toán sau: K =

�( N

n

 Wn )tgn  �Cn .ln

�T

n

Trong đó: 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
hn: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải.
Wn =  n hn ln
Nn, Tn: Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải n là Gn
Nn = Gncos  n , Tn = Gn.sin  n
Gn = b.  � i .hi  n
Trong đó:
24


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

SV thực hiện:

Nguyễn Sinh Dưỡng

hi: Là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là i
( i với đất trên sân nền bão hòa: Lấy γ i tn ; còn dưới đất đường bão hòa lấy theo i bh)
Các thông số tính toán:

γ = γ đập γ đập(1 + w) = 1,62.(1 + 0,2) = 1,944 (T/m3)
o
w
=
k
γ = γ đập = γ đập + n. γ = 1,62 + 0,35.1 = 1,97 (T/m3)
1

bh

k

n

γ = γ nền = γ nền + n. γ = 1,59 + 0,39.1 = 1,98 (T/m3)
2
bh
k
n
γ = γ thiết bị thoát nước = γ đá = 2,5 (T/m3)
3

w

k

γ = γ thiết bị thoát nước = γ đá +n. γ = 2,5 + 0,35.1 = 2,85 (T/m3)
4
bh

k
n
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)
- ứng với tâm O1 và điểm chân ra Q ta có bán kính R1, bế rộng dải là
b1 = R1/ m
- ứng với tâm O 2 ta có cung trượt bán kính R2 và bề rộng dải
b 2 =R2/m
Tương rự cho các cung trượt O3 ; O4 ; O5 .
Kết quả tính toán ở các Bảng 1,2,3,4,5:

25