Tài liệu Sổ tay Kỹ Thuật Thuỷ Lợi -Phần 2-Tập 1 -Mục A-Chương 3 docx

A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 95




Ch"ơng 3

tải trọng và tác động

!"#$%&'#($)*+$,* +$,/0#1$,/2#3$.4#$


3.1. Tổng quát về tải trọng, tác động và những tổ hợp của chúng

Khi thiết kế các kết cấu xây dựng hoặc nền móng các công trình xây dựng nói
chung và công trình thủy nói riêng ng@ời ta phân biệt thành tải trọng th@ờng xuyên và
tải trọng tạm thời.
,5!$6/2#3$6178#3$9:;"# (tiêu chuẩn hoặc tính toán) là tải trọng tác động liên tục
trong suốt thời kỳ xây dựng và sử dụng công trình.
,5!$6/2#3$6'<$618! là tải trọng có thể không xuất hiện ở một thời điểm hoặc thời
kỳ nào đó trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình.
Đối với các công trình thủy lợi trên sông thì ngoài các tải trọng và tác động đ@ợc
sử dụng để tính cho các kết cấu thông th@ờng cần phải kể đến những tải trọng và tác
động d@ới đây.
=>$?@!$#1A<$65!$6/2#3$6178#3$9:;"#$gồm có: áp lực thủy tĩnh, áp lực thấm và áp
lực kẽ rỗng của n@ớc, phản áp lực ở các mặt cắt tính toán và các khớp thi công trong các
kết cấu bêtông và bêtông cốt thép ứng với trạng thái mực n@ớc dâng th@ờng và điều
kiện làm việc bình th@ờng của kết cấu chống thấm và kết cấu thoát n@ớc, trọng l@ợng
của các thiết bị công nghệ có vị trí đặt lên công trình không thay đổi trong thời gian vận
hành (nh@ các tổ máy thủy lực, các máy phát, máy biến áp v.v ).
B>$?@!$#1A<$65!$6/2#3$6'<$618!$nh@ng có thời gian tác động t@ơng đối dài gồm có:

áp lực bổ sung của đất (ngoài phần áp lực cơ bản) xuất hiện do sự biến dạng của nền và
các kết cấu hoặc do tác động nhiệt (khi thay đổi nhiệt độ), áp lực bùn cát lắng đọng.
C>$?@!$#1A<$65!$6/2#3$6'<$618!$#3D#$1'# (thời gian tác động rất ngắn) gồm có:
tải trọng của tàu thuyền (cập bến hay va chạm), tải trọng của băng, tải trọng sóng, tải
trọng khi bốc dỡ hay vận chuyển do các thiết bị nâng chuyển làm việc gây ra, tải trọng
từ các vật trôi nổi; áp lực n@ớc va trong giai đoạn vận hành bình th@ờng, tải trọng do
mạch động trong các đ@ờng dẫn không áp và có áp.
E>$?@!$#1A<$65!$6/2#3$FGC$B!H6 gồm có: áp lực thủy tĩnh và lực trong các mặt cắt
tính toán và các khớp nối ở các kết cấu bêtông và bêtông cốt thép khi xuất hiện mực
n@ớc gia c@ờng hoặc do tác động nhiệt ẩm, tải trọng bổ sung của áp lực thấm xuất hiện
do hậu quả các kết cấu chống thấm hay kết cấu thoát n@ớc bị h@ hỏng, tải trọng do n@ớc
va khi xả hoàn toàn, áp lực băng khi băng tan vỡ hoặc tháo n@ớc vào mùa đông ở vùng
khí hậu băng giá.
96 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
,I$1JK$65!$6/2#3( Trong tính toán các công trình thủy đ@ợc phân biệt thành tổ hợp
tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặt biệt. Đặc tr@ng cho các tổ hợp tải trọng là các hệ
số an toàn tối thiểu có giá trị phụ thuộc vào cấp của công trình.
,I$1JK$65!$6/2#3$CL$B5#( Bao gồm các tải trọng th@ờng xuyên và các tải trọng tác
động không th@ờng xuyên (gồm tải trọng có thời gian tác động khá dài -Tải trọng tạm
thời dài hạn và tải trọng có thời gian tác động tức thời - Tải trọng tạm thời ngắn hạn).
,I$1JK$65!$6/2#3$FGC$B!H6( Gồm nhóm tải trọng th@ờng xuyên, nhóm tải trọng tạm
thời dài hạn, một số tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong số các tải
trọng đặt biệt (chi tiết xem TCXDVN 285-2002 và TCVN 2737-1995).
Khi tính toán cần lấy các tải trọng và tác động có tính bất lợi nh@ng có khả năng
xảy ra và xét riêng đối với tr@ờng hợp thi công và thời kỳ vận hành công trình.
Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất đ@ợc thực hiện với tải trọng tính toán.
Tải trọng tính toán bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số lệch tải n (bảng 3-1). Tải
trọng tiêu chuẩn đ@ợc nêu trong tiêu chuẩn khảo sát thiết kế quy định riêng biệt cho
mỗi loại công trình, kết cấu và nền của chúng.

5#3$MNO+$.H$%P$QHC1$65!$R#>$

Tên các tải trọng và tác động Hệ số lệch tải (n)
!"#$%&!'()%&!*+%!, %!/0%&!,#1%-!23-0%&!34!,#$%&!'()%&!56,7!'89!:;!!
5(<%&!-=>?!
@7AB!2A7CB?!
!"#$%&!'()%&!*+%!, %!/DE!'89!:;!5(<%&!-=>!@7FA!2A7GA?!
- á9!'H/!,-I%&!J;!,#$%&!'()%&!56,!&.K!#E!
@7@A!2A7CA?!
- á9!'H/!*L%!/DE!56,!
@7FA!2A7GA?!
- á9!'H/!*M%!/:,!
@7FA!
- á9!'H/!5:N!
!
!!!!!O!"#$%&!'()%&!/DE!5:!3-P!,Q;!RS>!@7BA!
O á9!'H/!%&E%&!/DE!5:!
@7FA!2A7GA?!
!"#$%&!'()%&!,;T%!*U!'89!56,7!5:!,#L%!5(<%&!-=>!-;V/!,#$%&!'()%&!RM%&!*W!
9-:!-XY!RZRZZZ!2:9!'H/!,-I%&!5[%&!J;!,#$%&!'()%&!56,!&.K!#E?!
@7@A!2A7CA?!
- á9!'H/!%(8/!,#H/!,P\9!'L%!*]!>V,!/0%&!,#1%-!RT!%]%7!:9!'H/!%(8/!5^K!%&()/!
/_%&!%-(!:9!'H/!%(8/!,-6>7!:9!'H/!3`!#a%&!
@7AA!
- á9!'H/!,b%-!/DE!%(8/!%&=>!'L%!'89!:;!5(<%&!-=>!
@7@A!2A7C?!
- á9!'H/!%(8/!*L%!,#;%&!5(<%&!-=>!234!/+!%(8/!RE?!
@7AA!
- á9!'H/!>Q/-!5U%&!/DE!%(8/!
@7FA!

- á9!'H/!/DE!RcE!3-P!9-d,!eP!>f%&!
@7FA!2@7AA?!
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 97

Tên các tải trọng và tác động Hệ số lệch tải (n)
!"+P!,#$%&!,-I%&!5[%&!RT!%g>!%&E%&!/DE!>:K!%.%&7!*h/!Ji7!Rj%!/-XK4%!
/_%&!%-(!,+P!,#$%&!/DE!/:/!,-P\,!*W!/0%&!%&-k!/h!5W%-!!
@7FA!
!"+P!,#$%&!e\9!3-;!,#;%&!9-Q>!RP!*\%!e\9!Ji7!-;Q,!5U%&!/DE!/=X!'f%!@7lA!
!"+P!,#$%&!J;!&Pm!@7lA!
!"+P!,#$%&!J;!,TX!,-XK]%!@7FA!
!":/!5U%&!/DE!%-Pk,!5U!RT!5U!^>!@7@A!
!":/!5U%&!/DE!5U%&!56,!@7@A!
!"+P!,#$%&!*h/!-T%&!3-hP!@7lA!2@7AA?!
S1T$61UC1($
1. Hệ số lệch tải do tàu chạy trên đ@ờng sắt, xe chạy trên đ@ờng ôtô, phải lấy theo tiêu
chuẩn thiết kế cầu;
2. Cho phép lấy hệ số lệch tải bằng 1,00 đối với trọng l@ợng của bản thân công trình, áp
lực thẳng đứng do trọng l@ợng của khối đất đắp, nếu trọng l@ợng của khối đó đ@ợc xác
định từ các giá trị tính toán đặc tr@ng của đất (trọng l@ợng riêng và đặc tr@ng độ bền),
còn bê tông đ@ợc xác định từ đặc tr@ng vật liệu (trọng l@ợng riêng của bê tông và
các đặc tr@ng khác) phù hợp với các tiêu chuẩn thí nghiệm và tiêu chuẩn thiết kế nền
hiện hành;
3. Chỉ sử dụng các hệ số v@ợt tải ghi trong ngoặc đơn khi kết quả tính toán thể hiện công
trình ở trong tình trạng bất lợi hơn.

Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai cho công trình, kết cấu và nền đ@ợc thực
hiện với hệ số lệch tải (n), hệ số sai lệch về vật liệu n
vl
và đất n

đ
đều lấy bằng 1,00 trừ
các tr@ờng hợp đ@ợc quy định cụ thể trong tiêu chuẩn khảo sát thiết kế chuyên ngành.
Khi thiết kế công trình thủy phải tính toán theo tổ hợp tải trọng cơ bản và kiểm tra
theo tổ hợp tải trọng đặc biệt.

3.2. Trọng l-ợng bản thân của công trình

Trọng l@ợng công trình cũng nh@ các ph@ơng tiện và thiết bị đặt trong đó đ@ợc
xác định theo kích th@ớc lấy từ bản vẽ thiết kế và dung trọng của vật liệu xây dựng.
Trong một số tr@ờng hợp để tính toán sơ bộ có thể sử dụng các công thức thực nghiệm,
ví dụ khi xác định trọng l@ợng của van.
Dung trọng của bê tông và các kết cấu đá xây trong công trình đ@ợc giữ ổn định
bằng trọng l@ợng bản thân của chúng đ@ợc xác định bằng thí nghiệm với độ chính xác
tới 0,005 T/m
3
.
ở những giai đoạn thiết kế khác nhau, dung trọng bê tông có thể sơ bộ lấy
2,4 T/m
3
, của bê tông cốt thép lấy 2,5 T/m
3
.
98 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
3.3. áp lực thủy tĩnh và thủy động

áp lực thủy tĩnh của n@ớc đ@ợc xác định theo các công thức thủy lực. Mật độ của
n@ớc đ@ợc lấy bằng 1 T/m
3
. Khi có bùn cát lơ lửng trong n@ớc thì mật độ n@ớc đ@ợc lấy

bằng 1 á 1,1 T/m
3
và lớn hơn tuỳ thuộc vào hàm l@ợng bùn cát.
áp lực thủy động tác dụng lên công trình phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của
n@ớc, điều kiện chảy bao, diện tích bề mặt chắn n@ớc của vật và góc tạo bởi ph@ơng
chuyển động của các tia dòng với mặt phẳng chịu tác động và của các tia dòng. Ví dụ
áp lực thủy động tác dụng lên trụ pin hay mố tiêu năng đ@ợc xác định theo công thức:

2
đđ
v
W C
2
=Wr

trong đó:
C
đ
- hệ số cản, phụ thuộc hình dạng chảy bao của vật;
W
- diện tích hình chiếu của vật lên mặt phẳng vuông góc với ph@ơng
dòng chảy;
r
- mật độ của n@ớc (hay chất lỏng chuyển động);
v - vận tốc trung bình của dòng chảy.

áp lực thủy động lên bản chắn của cửa van mở một phần, lên phần đuôi của
công trình xả sâu (hình 3-1a), lên sân tiêu năng (hình 3-1b) hoặc đoạn thành ống có áp
(hình 3-1c) đ@ợc xác định theo biểu đồ áp lực lên các bộ phận kết cấu t@ơng ứng nh@
trên hình 3-1 a, b, c.

r
0

r
đ

p
đ

p =
g
hcos
a
+ p
đ

p
đ

h
r
H

r
i

r
0

p
đ


a) b) c)

.V#1$MNO+$ !W:$FX$614#1$K1Y#$ZK$Q[C$61\;$F]#3$Q"#$CZC$^_6$C`:$$
C\=$Ca#3$6/V#1$61\;$QJ!$
P- áp lực tổng cộng; P
đ
- áp lực thủy động;
h- chiều sâu dòng chảy.

áp lực thủy động gây ra bởi hiện t@ợng mạch động của vận tốc dòng chảy đ@ợc
xác định bằng thực nghiệm hoặc đ@ợc đánh giá theo các công thức thực nghiệm.
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 99

3.4. Lực tác dụng của dòng thấm lên đập bê tông
và bê tông cốt thép

Khi thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép việc tính toán thấm đ@ợc thực hiện để
xác định phản áp lực thấm của n@ớc lên đáy công trình, xác định građian trung
bình và cục bộ của dòng thấm, vị trí mặt bo hoà ở vùng tiếp giáp với bờ, tổn thất
n@ớc thấm từ hồ chứa và các tham số làm việc của các kết cấu chống thấm và vật thoát
n@ớc thấm.
Việc tính toán dòng thấm ổn định d@ới công trình đ@ợc thực hiện theo mực n@ớc
cho tr@ớc ở th@ợng và hạ l@u công trình, trong đó chấp nhận chuyển động thấm theo qui
luật tuyến tính.
Tính toán thấm không ổn định đ@ợc tiến hành trong tr@ờng hợp nếu dòng thấm là

không áp với sự biến đổi nhanh về mực n@ớc ở th@ợng hạ l@u công trình.
Để xác định các tham số đặc tr@ng của dòng thấm khi tính toán các đập cấp
I - III cần sử dụng ph@ơng pháp t@ơng tự điện thủy động lực (EGĐA) và các ph@ơng
pháp mô hình t@ơng tự và mô hình số, trong đó đối với vùng lòng sông của đập cần xét
bài toán hai chiều đứng, còn với vùng tiếp giáp bờ - xét bài toán không gian hoặc bài
toán hai chiều trên bình diện và hai chiều mặt đứng theo các đ@ờng dòng.
Đối với đập cấp IV và khi tính sơ bộ cho đập cấp I - III trên nền đồng chất có thể
sử dụng các ph@ơng pháp giải tích gần đúng.
Nếu nền là đồng chất nh@ng dị h@ớng, khi giá trị tới hạn của hệ số thấm có thể
xảy ra cả theo ph@ơng đứng và ph@ơng ngang, thì qui @ớc xem xét bài toán theo sơ đồ
biến đổi của công trình đặt trên nền đồng chất đẳng h@ớng bằng cách nhân các kích
th@ớc thực tế theo ph@ơng ngang của đ@ờng viền thấm với hệ số qui đổi a:

đn
aKK
= (3.1)
trong đó: K
đ
và K
n
t@ơng ứng là hệ số thấm theo ph@ơng đứng và ph@ơng ngang.

Sử dụng các ph@ơng pháp tính toán nêu ở trên đối với tr@ờng hợp nền đồng chất
đẳng h@ớng, tiến hành xác định cột n@ớc ở các điểm khác nhau trong nền theo sơ đồ
biến đổi. Các giá trị cột n@ớc tính đ@ợc sau khi chia cho hệ số biến đổi a sẽ là các đại
l@ợng t@ơng ứng cho sơ đồ làm việc thực tế của công trình. Theo các giá trị này có thể
xác định phản áp lực cũng nh@ các yếu tố cần thiết của dòng thấm.
Trong tr@ờng hợp nền gồm hai lớp với hệ số thấm K
2
< 0,01 K

1
, thì lớp nền nằm
d@ới có hệ số thấm K
2
đ@ợc xem là tầng lót không thấm.
Đối với nền không đồng chất gồm nhiều lớp mỏng xen kẽ nhau có hệ số thấm
t@ơng ứng rất nhỏ và rất lớn, thì cấu tạo nền thực tế đ@ợc thay thế bằng nền đồng chất
dị h@ớng với hệ số thấm theo ph@ơng đứng và ph@ơng ngang xác định theo các công
thức sau:
100 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1

(
)
1 2 1 2
đ
t221
ttK.K
K
tKtK
+
=
+
(3.2)

11 22
n
t2
KtKt
K
tt

+
=
+
(3.3)
trong đó:
t
1
và t
2
- độ dày t@ơng ứng của lớp đất có hệ số thấm nhỏ và hệ số thấm lớn;
K
1
và K
2
- hệ số thấm t@ơng ứng của lớp đất có độ thấm nhỏ và lớn.

Sau khi biến đổi, việc tính toán thấm đ@ợc thực hiện nh@ đối với nền đồng chất
dị h@ớng.
Tr@ờng hợp nền có cấu tạo địa chất phức tạp ở phạm vi gọi là vùng thấm hoạt
động không thể qui đổi về sơ đồ đơn giản nh@ nêu ở trên thì tính toán thấm theo ph@ơng
pháp t@ơng tự EGĐA.

Tác động lực của dòng thấm trong thân đập và nền đ@ợc xét đến tuỳ thuộc vào
cấp của đập và vật liệu đập nh@ sau:
a) Đối với đập bêtông và bêtông cốt thép thuộc cấp III và IV, còn khi tính toán sơ
bộ - đ@ợc áp dụng cho mọi cấp của đập - d@ới dạng các lực bề mặt theo vùng tiếp xúc
của đập với nền (xem hình 3-1);

b) Đối với đập bê tông cốt thép cấp I và II và đập bêtông cấp II - d@ới dạng các
lực bề mặt theo vùng tiếp xúc đập với nền và gia tải lên nền ở phía th@ợng và hạ l@u

hoặc d@ới dạng các lực thể tích tác động trong nền công trình (xem hình 3-1);

c) Đối với đập bê tông cấp I trên nền đá - d@ới dạng các lực bề mặt tác dụng lên
nền ở th@ợng và hạ l@u đập (gia tải) và lên mặt chịu áp của đập hoặc d@ới dạng các
lực thấm thể tích tác dụng trong thân đập tính đến đ@ờng thoát n@ớc thấm và trong
nền đập.

Lực bề mặt theo vùng tiếp xúc đáy đập với nền (áp lực ng@ợc toàn phần của n@ớc
lên đáy công trình) P
tp
đ@ợc xác định theo công thức:
P
tp
= (P
t
+ P
đn
)
a
(3.4)
trong đó:
P
t
- áp lực thấm ở các vùng khác nhau của đ@ờng viền thấm;
P
đn
- áp lực đẩy nổi có kể đến độ dốc và độ cắm sâu của đế và chân răng đập
vào trong nền;
a
- hệ số diện tích tác dụng hiệu quả của áp lực ng@ợc.

A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 101

.V#1$MNb+$ !W:$FX$ZK$Q[C$#7@C$c$de#3$FfK$6!_K$9TC$d@!$#g#$FZ$^1!$CA$$
<4#$C1P#3$61`<$d4$61!_6$B0$61&Z6$#7@C$61`<$
$
a) Đập bê tông trọng lực; b) Đập bản tựa trọng lực; c) Đập vòm.
1- hành lang khoan phun xi măng; 2- hành lang thoát n@ớc thấm;
3- giếng thoát n@ớc thẳng đứng; 4- màn chống thấm bằng vữa xi măng;
5- mặt tiếp xúc bê tông với nền đá; 6- khoảng hở trong thân đập;
P
đn
- áp lực đẩy nổi; P
t
- áp lực thấm; H- cột n@ớc ở phía th@ợng l@u;
h- cột n@ớc ở phía hạ l@u; H
p
- cột n@ớc tính toán;
h
3
- cột n@ớc còn d@ của dòng thấm theo trục màn phun xi măng;
h
t
- cột n@ớc d@ của dòng thấm theo trục giếng thoát n@ớc;
B- bề rộng đáy đập; H
đ
- chiều cao đập.



.V#1$MNM+$*L$FX$6ZC$Eh#3$C\=$Q[C$Ei#3$

61`<$6/&#3$#g#$FfK$

1- lực thấm đơn vị; 2- màn ximăng;
3- gia tải lên nền từ phía th@ợng l@u;
4- gia tải lên nền từ phía hạ l@u;
5- đ@ờng đẳng áp; 6 - đ@ờng dòng;
P
tp
- áp lực toàn phần theo vùng tiếp xúc giữa
bê tông - đá;
L và l- chiều dài tính toán của tác động áp lực

n@ớc từ phía th@ợng và hạ l@u;
h
x
- tung độ cột n@ớc đo áp theo vùng bê tông
tiếp xúc với đá (H > h
x
> h);
g
w
- tỷ trọng n@ớc;
a- hệ số diện tích hiệu quả của áp lực ng@ợc;
I- gradien.
102 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Đối với đập cấp III; IV và khi tính sơ bộ cho đập mọi cấp trên nền đá, giá trị P
tp
có
thể xác định theo hình 3-2, trong đó đại l@ợng P
đn

đ@ợc xác định theo biểu đồ hình chữ
nhật t@ơng ứng với độ sâu n@ớc ở hạ l@u, còn áp lực thấm P
t
dọc theo trục màn xi măng
h
3
và dọc trục giếng thoát n@ớc h
t
đ@ợc xác định theo số liệu trong bảng 3-2.

5#3$MNb+$)!Z$6/0$C\=$CZC$6:#3$F]$67L#3$FP!$1
M
j.
K
$d4$1
6
j.
K
$C\=$B!W:$FX$ZK$Q[C$61`<$
"n!-)9!,+P!,#$%&!'L%!5j9!
op!*+%!qV/!*Pk,
r
!
s;QP!5j9!
-
l
tu
9
!-
,

tu
9
!-
l
tu
9
!-
,
tu
9
!
qj9!*L!,0%&!,#$%&!'H/v!/m!>T%!/-h%&!9-6>!w!>V,!
/-WX!:9v!/m!%x;!RT;!%]%! !R8P!/69!5j9!
!!!!
y!A7z!A7F!A7{!A7lB!
yy!A7z!A7@B!A7B!A7FB!
yyy7!y|!A7l!A!A7z!A7@B!
qj9!*L!,0%&!,#$%&!'H/!/m!3-89!#U%&v!/m!3-;+%&!#a%&!
J$/!w!%]%v!5j9!*+%!,HE!/69!y! !y|!
A7z!A!A7B!A!
qj9!RS>v!RS>!,#$%&!'H/!/69!y! !y|!A7z!A7F!A7{!A7lB!
k$)1!$C1T( !"# $%&'( $%)*'( "+, $ /01 /"2'( $"03 45 $ /01 $"&6$ ')7/ 853 49:/ -";'(
<='" $")*'( >'( 479 3?/ ')7/ @A'( <='" $")*'( B $")+'( 8)1C

Hệ số a đ@ợc xác định bằng nghiên cứu và tính toán có xét đến các yếu tố sau: độ
thấm n@ớc của bê tông và đất nền, tốc độ tích n@ớc ở hồ chứa, trạng thái ứng suất của
bê tông và đất nền, sự hiện diện của thiết bị chống thấm ở mặt chịu áp, ở các khớp nối
của đập và ở lòng hồ. Khi tính đại l@ợng P
tp
ở vùng tiếp xúc đập với nền bằng đất cát và

đất hạt lớn kể cả nền bằng đất sét và nền đá nếu có luận cứ xác đáng thì lấy hệ số a = 1.

3.5. Tác dụng của sóng (do gió)
3.5.1. Các thông số tính toán của sóng ở vùng mặt n-ớc thông thoáng!

Những thông số này đ@ợc xác định có kể đến tốc độ, h@ớng và thời gian kéo dài
của tác động gió trên bề mặt n@ớc, kích th@ớc, hình dạng và chiều sâu n@ớc của hồ
chứa, trong đó cần xét sự dao động mực n@ớc do gió gây ra và sự thay đổi mực n@ớc do
quá trình tích n@ớc hoặc xả n@ớc của hồ chứa. Khi xác định các yếu tố của sóng do gió
ở hồ chứa ng@ời ta chia thành những vùng sau:
?e#3$#7@C$%l: (H > 0,5
s
l
), trong đó đáy hồ không ảnh h@ỏng đến các đặc tr@ng sóng;
?e#3$#7@C$#a#3 (0,5
s
l
> H > H
K
), trong đó đáy hồ có ảnh h@ởng đến sự phát triển
sóng và các đặc tr@ng của nó;
?e#3$%A#3$FI (H
K
> H > H
K.II
), nơi bắt đầu và kết thúc quá trình sóng đổ;
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 103

?e#3$%A#3$6!_K$B8 (H < H
K.II

), nơi dòng chảy do sóng vỡ tr@ờn lên mái bờ theo từng
chu kỳ.
ở đây: H - chiều sâu ở vùng xem xét ứng với mực n@ớc tính toán;
s
l
- chiều dài
trung bình của sóng ở vùng n@ớc sâu tính bằng mét (m); H
K
- chiều sâu n@ớc phân giới
ứng với sự bắt đầu quá trình sóng đổ, m; H
K.II
- chiều sâu phân giới ứng với sự kết thúc
sóng đổ, m.
Mực n@ớc tính toán và đặc tr@ng của gió đ@ợc xác định theo kết quả xử lý thống
kê nhiều năm (không ít hơn 25 năm) các tài liệu quan trắc về gió.
Tần suất tính toán chiều cao sóng đ@ợc lấy theo bảng 3-3.

5#3$MNM+$,Y#$%:`6$6U#1$6&Z#$C1!g:$C=&$%A#3$Ee#3$FW$6U#1$C78#3$F]$d4$F]$I#$
F0#1$CZC$Ca#3$6/V#1$61\;$d4$^_6$C`:$C\=$C1T#3$
o0%&!,#1%-!,-DK!"=%!}X6,!,~%-!,;:%!!
MV,!/ắ,!5[%&!@!
o:/!Rj,!/+%!/m!JQ%&!/-+K!*E;!RT!,-0%&!,-;:%&!
,-XU/!/69N!
!
y!@!
yy!B!
yyy!RT!y|!@l!
o:/!3\,!/6X!&PE!/h!*<!,-XU/!/69N!!
yy!@!
yyy!RT!y|!B!

M:P!Jh/!/m!&PE!/hN!!!! !Bg%&!,6>!*L!,0%&!@!
!!!! !Bg%&!5:!5n!F!
S1T$61UC1($
DC E"9 F6/ GH'" $I9 $%J'( $6/ @K'( 8L' /;'( $%='" $"= MN @K'( /"9O1 /P& MQ'( 479
$R' M10$ GS /"& "
9
45 /"9O1 @59 MQ'( >'( 479 $6/ @K'( 87' '"0$ /TP MQ'( $%&'(
,"U3 49 VWX
l
á
DWY
l
C
ZC E"9 /"J' /P& G[ /;'( $%='" $";'( $"&6'( FA\ @?'( B 4]'( 3^$ ')7/ "B /"&
,"_, 80\ $R' M10$ $`'" $&6' /TP /"9O1 /P& MQ'( 85 VWDa '.1 /Q 81b' /> F6/
G6'(C

Khi xác định chiều cao sóng leo lên công trình thủy thì lấy tần suất sóng
bằng 1%.
Các yếu tố sóng và sóng leo đ@ợc tính toán với tần suất gió bo 2% hoặc nếu có
luận cứ thì lấy tần suất 1% đối với công trình cấp I và II và lấy tần suất 4% đối với công
trình cấp III và IV;
Khi chọn cao độ đỉnh và giới hạn gia cố phía d@ới của mái dốc công trình thì lấy
tần suất vận tốc gió lớn nhất tuỳ thuộc vào tần suất đ cho của mực n@ớc tính toán.
104 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Vận tốc gió tính toán W đ@ợc xác định ở độ cao 10m trên bề mặt n@ớc. Tài liệu
về vận tốc gió đo ở độ cao Z so với mặt n@ớc đ@ợc tính đổi theo công thức:
W = W
Z
k

Z
(3.5)
Trong đó: k
Z
- hệ số qui đổi, lấy bằng 1,1 khi Z = 5 m; bằng 1,0 khi Z = 10 m và
bằng 0,9 khi Z 20 m.

Tài liệu về vận tốc gió đ@ợc đo bằng phong kế cần đ@ợc hiệu chỉnh bằng cách
nhân với hệ số k
p
có giá trị là 1,0 khi W = 10 m/s; k
p
= 0,9 khi W = 15 m/s; k
p
= 0,8 khi
W 25 m/s.
Tần suất vận tốc gió F cần xác định theo công thức:
F =
t w
4,17t
Nn P
(3.6)
Trong đó:
t - thời gian kéo dài liên tục của tác động gió, giờ; đối với hồ chứa nhân tạo
và hồ tự nhiên sơ bộ lấy t = 6h;
N - số ngày quan trắc trong năm;
n
t
- số năm quan trắc quy định;
P

w
- độ lặp lại của h@ớng gió nguy hiểm trong tổng số các h@ớng gió đ@ợc
quan sát thấy.
Vận tốc gió tính toán khi đà gió nhỏ hơn 100 km có thể xác định theo số liệu
quan trắc thực tế về giá trị vận tốc gió lớn nhất hàng năm không xét đến thời gian gió
thổi kéo dài liên tục.
SZC$61a#3$%P$%A#3$c$de#3$#7@C$%l: (H>0,5
s
l
): Chiều cao sóng trung bình
s
h
(m) và chu kỳ sóng trung bình
t
(giây) đ@ợc xác định bằng đồ thị hình 3-4 theo trình
tự sau: theo giá trị đại l@ợng không thứ nguyên gt/w và gD/ w
2
(g - gia tốc rơi tự do,
m/s
2
; D - chiều dài đà gió, km) và theo đ@ờng bao trên của đ@ờng cong tìm giá trị
g
h
s
/w
2
và từ trị số nhỏ nhất tìm đ@ợc, tính chiều cao sóng trung bình
s
h
. T@ơng tự nh@

vậy tìm chu kỳ của sóng.
Chiều dài trung bình của sóng
s
l
(m) đ@ợc xác định theo công thức:

2
s
g
2
t
l=
p
(3.7)
Tính đ@ợc
s
l
cần kiểm tra điều kiện H > 0,5
s
l
có thoả mn không, nghĩa là
tr@ờng hợp tính toán có phải ở vùng n@ớc sâu hay không.
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 105

Việc tính đổi từ chiều cao sóng trung bình sang chiều cao sóng tần suất i% đ@ợc
thực hiện bằng cách nhân
s
l
với hệ số k
i

xác định từ đồ thị hình 3-5a, phụ thuộc vào
đại l@ợng không thứ nguyên gD/w
2
.

.V#1$MNm+$nX$610$9ZC$F0#1$CZC$;_:$6P$%A#3$3!A$c$de#3$#7@C$%l:$d4$de#3$#7@C$#a#3$

Độ v@ợt cao của đỉnh sóng trên mực n@ớc tính toán h
s
(m) đ@ợc xác định theo đồ
thị hình 3-5b khi H/
l
= 0,5 tuỳ thuộc vào đại l@ợng h
i
/(gt
2
).

$$$$.V#1$MNo=+$nX$610$9ZC$F0#1$1H$%P$^
!
$$$$$$$$$$$$$$$.V#1$MNoB+$nX$610$9ZC$F0#1$
h
j1
!
$
106 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Trong tr@ờng hợp bờ hồ có hình dạng phức tạp thì các đại l@ợng
s
h
,

t
,
s
l
cần
đ@ợc tính theo chỉ dẫn riêng của quy phạm thiết kế.
p_:$6P$%A#3$c$de#3$#7@C$#a#3 (0,5
s
l
> H > H
k
): Chúng đ@ợc xác định theo các
giá trị trung bình đ biết là
s
h
,
t
và
s
l
đối với vùng n@ớc sâu. Tuỳ thuộc vào độ dốc
của đáy hồ ng@ời ta phân biệt hai tr@ờng hợp: 1- độ dốc đáy không nhỏ hơn 0,002;
2- độ dốc đáy không lớn hơn 0,001.
Chiều cao sóng tần suất i% khi độ dốc đáy không nhỏ hơn 0,002 đ@ợc xác định
theo công thức:
h
i
= k
b
k

k
k
t
k
i
s
h
(3.8)
Trong đó:
k
b
- hệ số biến đổi, lấy theo đ@ờng cong 1 trên đồ thị hình 3-6 tuỳ thuộc vào
đại l@ợng H/
s
l
;
k
k
- hệ số khúc xạ của sóng, lấy theo quy phạm (ví dụ: CHu
P
II - 57 - 82);
k
t
- hệ số tổn thất phụ thuộc độ dốc đáy và chiều sâu t@ơng đối H/
l
(bảng 3-4);
với độ dốc 0,03 và lớn hơn k
t
= 1;
k

i
- hệ số suất đảm bảo của chiều cao sóng.
5#3$MNm+$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$6I#$61`6$6I#3$q:Z6$^
6
$
Giá trị k
t
ứng với độ dốc đáy hồ
Độ sâu t-ơng đối H/
l

A7AFB!A7AF! !A7AAF!
A7A@!A7GF!A7{{!
A7AF!A7GB!A77F!
A7Al!A7G7!A77{!
A7Az!A7GC!A77G!
A7A{!A7CA!A7G@!
A7AG!A7CF!A7Gz!
A7@A!A7Cl!A7G{!
A7FA!A7C{!A7CF!
A7lA!A7CG!A7CB!
A7zA!A7CC!A7CG!
A7BA!@7AA!@7AA!

Chiều dài sóng di chuyển từ vùng n@ớc sâu sang vùng n@ớc nông đ@ợc xác định
theo đồ thị hình 3-7 khi
t
n
=
t

s
và theo đại l@ợng không thứ nguyên H/
s
l
và h
1%
/(g
2
t
).
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 107

Độ v@ợt cao
h
s
của đỉnh sóng trên mực n@ớc tính toán đ@ợc xác định theo đồ thị
hình 3-5a ứng với đại l@ợng H/
s
l
và h
i
/(g
2
t
) đ biết.


.V#1$MNr+$nX$610$9ZC$F0#1$^
B
$RO>s$F'!$Q7J#3$

.j
s
l
$d4$.
^
j
s
l
$d@!$F]$EPC$^1a#3$$Q@#$1L#$
tstb$Rb>s$Bu#3$tsto$RM>$d4$Bu#3$tsbt$Rm>$
.V#1$MNv+$nX$610$9ZC$F0#1$
l
j
s
l
$c$de#3
$
$#7@C$#a#3$d4$de#3$6!_K$B8$

Các yếu tố sóng di chuyển từ vùng n@ớc nông có độ dốc đáy 0,001 và nhỏ hơn
sang vùng có độ dốc 0,002 và lớn hơn đ@ợc xác định t@ơng tự nh@ tr@ờng hợp độ dốc
đáy không nhỏ hơn 0,002 ứng với chiều cao sóng trung bình đ biết
s
hh
=
.
Trong vùng n@ớc nông có độ dốc đáy không lớn hơn 0,001 thì chiều cao trung
bình và chu kỳ trung bình của sóng đ@ợc xác định theo đồ thị hình 3-3. Các đại l@ợng
h
và

t
đ@ợc tính theo các giá trị
2
gh/w
và
g /w
t
, trong đó các đại l@ợng này tìm
theo đồ thị phụ thuộc vào đại l@ợng gD/w
2
và gH/w
2
.
Chiều dài trung bình của sóng
l
đ@ợc xác định nh@ đối với vùng n@ớc sâu theo
công thức (3.7).
Chiều cao sóng tần suất i% là h
i
đ@ợc xác định bằng cách nhân giá trị h với trị số
nhỏ nhất của hệ số k
i
lấy theo đồ thị trên hình 3-4 tuỳ thuộc vào đại l@ợng gH/w
2

và gD/w
2
.
Độ v@ợt cao h
s

của đỉnh sóng trên mực n@ớc tính toán đ@ợc xác định theo đồ thị
hình 3-5 ứng với độ cao sóng h
i
đ biết.
p_:$6P$%A#3$c$de#3$%A#3$FIc Chiều cao sóng ở vùng sóng đổ đ@ợc xác định dựa
theo các đ@ờng cong 2 - 4 trên đồ thị hình 3-6 ứng với độ dốc đáy đ biết: theo đại
l@ợng không thứ nguyên H/
s
l
tìm giá trị h
đ1%
/(g
2
t
) và tính h
đ1%
.
108 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Chiều dài sóng ở vùng sóng đổ
l
đ
có thể xác định theo đ@ờng bao trên của đồ thị
hình 3-7, còn độ v@ợt cao h của đỉnh sóng trên mực n@ớc tính toán có thể tìm theo
đ@ờng bao trên của đồ thị hình 3-5.
Chiều sâu phân giới H
k
ứng với con sóng đổ đầu tiên không kể tới hiện t@ợng
khúc xạ có thể đ@ợc xác định theo các đ@ờng cong 2 - 4 của đồ thị hình 3-6 ứng với độ
dốc đáy đ biết: theo đại l@ợng h
i

/(g
2
t
) tìm giá trị H
k
/
s
l
và tính H
k
.
Giá trị H
k
có kể đến khúc xạ của sóng đ@ợc xác định bằng ph@ơng pháp gần đúng
dần nh@ sau. Tự cho một số giá trị H, tính các đại l@ợng h
i
/(g
2
t
) nh@ đối với vùng n@ớc
nông khi độ dốc đáy không nhỏ hơn 0,002 và sử dụng các đ@ờng cong 2 - 4 của đồ thị
hình 3-6 tìm các giá trị t@ơng ứng H
k
/(
s
l
).
Độ sâu phân giới sẽ là đại l@ợng có trị số bằng một trong các giá trị h tìm đ@ợc.
Để tính các thông số sóng gió trên vùng hồ chứa n@ớc nội địa, trong thực tế thiết
kế ng@ời ta sử dụng khá phổ biến ph@ơng pháp N.A. Lápdốpxki. Theo tác giả, chiều cao

sóng tần suất 2% và chiều dài sóng tần suất 50% đ@ợc tính theo các công thức:
h =
b
h
o
; (3.9)

l
=
a
h
o
; (3.10)
Trong đó:
h
o
và
l
o
- chiều cao và chiều dài t@ơng ứng của sóng ứng với giả thiết độ sâu
n@ớc là vô hạn;
b
và
a
- các hệ số kể đến độ nông của lớp n@ớc (hình 3-8).


Các công thức để tính h
o
và l

o
có dạng sau:
h
o
= 0,073kw
10
D
e
; (3.11)

l
o
= 0,073w
10
D /
e
; (3.12)
Trong đó:
k - hệ số kể đến c@ờng độ phát triển sóng dọc theo đ@ờng đà sóng;
D - chiều dài đà sóng, km;
e
- độ dốc của con sóng,

e
=
10
14/W
1
9 19e
-

+
(3.13)
Giá trị của hệ số k đ@ợc xác định theo công thức:
k = 1 + e
-0,4D/W
10
(3.14)
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 109

Giá trị tới hạn của đà gió D không đ@ợc lớn hơn:
D
k
= 30e
2
10
d (3,15)
Giá trị của e và k có thể xác định theo đồ thị hình 3-9 và 3-10 tuỳ theo W và D.




.V#1$MNw+$nX$610$9ZC$F0#1$CZC$1H$%P$
a
$
d4$
b
$61x&$.j
l
&
$

$
$$$$.V#1$MNOt+$nX$610$9ZC$F0#1$1H$%P$^$



.V#1$MNy+$nX$610$9ZC$F0#1$F]$EPC$C\=$
%A#3$Q@#$#1`6$
e
$61x&$6PC$F]$3!A$z$

.V#1$MNOO+$nX$610$ZK$Q[C$%A#3$F{#3$
Q"#$Ca#3$6/V#1$CA$<G6$61|#3$F{#3$
a- khi đỉnh sóng tiếp mặt công trình;
b- khi bụng sóng tiếp mặt công trình.

Để tham khảo, d@ới đây giới thiệu một số công thức tính toán các thông số sóng
đ@ợc áp dụng ở Trung Quốc và các n@ớc ph@ơng tây.
Công thức Andelieyangnoufu
2h = 0,028 V
5/4
D
1/3
; (3.16)
2L = 0,0304 V
D
; (3.17)
Trong đó:
2h - chiều cao sóng, m;
2L - chiều dài sóng, m;
110 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1

V - vận tốc gió, m/s;
D - đà gió, km.


Công thức (3.16) và (3.17) th@ờng chỉ dùng cho sóng n@ớc sâu và chiều cao sóng
(2h) là chiều cao sóng lớn nhất.
Công thức hồ chứa Quan Sảnh
2h = 0,0166 V
5/4
D
1/3
; (3.18)
2L = 10,4 (2h)
0,8
; (3.19)

Công thức (3.18) và (3.19) đ đ@ợc nêu trong phụ lục II của "Qui phạm thiết kế
đập trọng lực bê tông" của Trung Quốc (SDI21-78) dùng cho hồ chứa vùng đồi núi có
vận tốc gió 4 - 16m/s, đà gió 1 13km với đập bê tông cấp I - II và III.
Trong "Qui phạm thiết kế đập đất đá kiểu đầm lăn" của Trung Quốc cũng sử dụng
công thức (3.18) để tính chiều cao sóng (2h) nh@ng kiến nghị tính chiều dài sóng (2L)
theo công thức hồ chứa Hedi là:
2L = 0,389 V D
1/3
(3.20)
Nh@ vậy trong qui phạm nói trên sử dụng công thức (3.18) và (3.20) đ@ợc gọi là
công thức "Quan Sảnh - Hedi" để thiết kế sơ bộ đập đất đá.
Công thức SMB (Sherdrup - Munk - Breschnefder)
- Với sóng n@ớc sâu:

0,42
h
22
g2h
gD
0,283th0,0125
VV
ộự
ổử
=
ờỳ
ỗữ
ốứ
ờỳ
ởỷ
; (3.21)

0,25
h
2
gT
gD
7,54th0,077
V
V
ộự
ổử
=
ờỳ
ỗữ

ốứ
ờỳ
ởỷ
; (3.22)

- Với sóng n@ớc nông:

0,75
ho
22
g2hgH
0,283th0,52
VV
ộự
ổử
=
ờỳ
ỗữ
ốứ
ờỳ
ởỷ
; (3.23)

0,375
ho
2
gTgH
7,54th0,833
V
V

ộự
ổử
=
ờỳ
ỗữ
ốứ
ờỳ
ởỷ
; (3.24)

Trong các công thức (3.21) á (3.24), 2h
h
và T
h
t@ơng ứng là chiều cao (m) và chu
kỳ (giây) của sóng hữu hiệu; H
o
- độ sâu n@ớc tr@ớc công trình thủy (m).
Dựa vào các công thức trên có thể xây dựng đồ thị quan hệ g2h
h
/V
2
với gD/V
2
và
đồ thị quan hệ gTh/V
2
với gD/V
2
để xác định chiều cao sóng và chu kỳ sóng hữu hiệu

(2h
h
) và (T
h
).
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 111

3.5.2. Tải trọng của sóng đứng lên công trình có mặt chịu áp thẳng đứng
Công trình có mặt chịu áp thẳng đứng cần đ@ợc tính với áp lực sóng đứng khi sóng
tiếp công trình từ đỉnh sóng (xem hình 3-11.a) hoặc từ bụng sóng (xem hình 3-11.b)
ứng với chiều sâu n@ớc H > 1,5h.
Tải trọng ngang trên một đơn vị dài của công trình có mặt thẳng đứng P
x
khi sóng
tiếp mặt công trình từ đỉnh hay đáy đ@ợc xác định theo đồ thị áp lực sóng (xem hình 3-11).
ở vùng n@ớc sâu, áp lực sóng P (Pa) tại độ sâu Z(m) đ@ợc tính theo công thức:
( )
2223
kz
2kz 22kz3kz
wwww
khkhkh
P hecostecost 1ecostecos2tcost
222

=gs-gs-g-s-gss
(3.25)
Trong đó:
g
w

- tỷ trọng n@ớc, N/m
3
;
k = 2
pl
- trị số sóng (
l
- chiều dài trung bình của sóng, m);
z - tung độ điểm tính toán (z
1
=
h
đ
; z
2
= 0 ; z
n
= H) tính bằng mét (m) kể từ
mực n@ớc tính toán. Đối với sóng tiếp công trình từ đỉnh z
1
=
h
đ
, đối với
sóng tiếp công trình từ đáy z
2
= z
6
= 0 thì lấy P = 0;
s

- tần số sóng,
s
= 2
p
/
t
(
t
- chu kỳ trung bình của sóng, giây);
t - thời gian, giây.


Đối với vùng n@ớc nông, đại l@ợng P ở độ sâu z đ@ợc xác định theo số liệu ở bảng 3-5,
trong đó giá trị của các hệ số k
2
, k
3
, k
4
, k
5
, k
8
, k
9
đ@ợc lấy theo đồ thị hình 3-12.

5#3$MNo+$)!Z$6/0$ZK$Q[C$%A#3$}$c$de#3$#7@C$#a#3$
Số hiệu điểm trên hình 3-11 Độ ngập sâu của điểm Z Giá trị P
Khi đỉnh sóng tiếp mặt công trình

@!
h
5
!
P
@
!=!A!
F!A!
P
F
!=!3
F
g-!
l!A7FBu!
P
l
!=!3
l
g-!
z!A7BAu!
P
z
!=!3
z
g-!
B!u!
P
B
!=!3
B

g-!
Khi đáy sóng tiếp mặt công trình
{!A! P
{
!=!A!
7!
h
/
! P
7
!=! gh
/
!
G!A7Bu!
P
G
!=!3
G
g-!
C!u!
P
C
!=!3
C
g-!

112 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Khi sóng tiếp mặt công trình với một góc nghiêng a thì tải trọng sóng lên
công trình có mặt thẳng đứng đ@ợc lấy so với tr@ờng hợp tải trọng tác dụng vuông góc
(trực diện) với tuyến công trình bằng cách nhân với hệ số k

a
(bảng 3-6).

.V#1$MNOb+$nX$610$FW$9ZC$F0#1$CZC$1H$%P$^
O
s$^
b
s$^
M
s$^
m
s$^
o
s$^
w
$d4$^
y
$$
RF78#3$F{6$#~6$Q4$C1$/=#1$3!@!$FI$C\=$%A#3$F{#3>$

$$$$$ 5#3$MNr+$$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$^
a
$
a7!5U!3
a
!
zB!@7A!
{A!A7C!
7B!A77!

Độ dâng cao hay hạ thấp của mặt tự do của sóng h(m) so với mực n@ớc tính toán
tại công trình có mặt thẳng đứng đ@ợc xác định theo công thức:

h
= -hcos
s
t -
2
kh
2
cthkHcos
2
s
t (3.26)
Việc tính toán theo công thức (3.26) cần tiến hành cho các tr@ờng hợp sau:
1. Đối với cos
s
t = 1 - khi đỉnh sóng tiếp mặt thẳng đứng của công trình có độ
dâng cao trên mực mốc tính toán một đại l@ợng
h
s
(xem hình 3-11 a);
2. Khi 1 > cos
s
t > 0 - với giá trị lớn nhất của tải trọng sóng ngang
P
xn
ứng với đỉnh sóng cao hơn mức n@ớc tính toán là h
đ
(hình 3-11 a); giá trị cosst

trong tr@ờng hợp này xác định theo công thức:
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 113

cos
s
t =
h(8 H/3)
l
ppl-
(3.27)
Khi H/
l
Ê 0,2 và trong các tr@ờng hợp khác khi giá trị tính theo công thức (3.18)
là cosst > 1 thì trong các tính toán tiếp theo lấy cosst = 1
3. Đối với cosst = -1 - khi giá trị lớn nhất của tải trọng ngang của sóng P
xII
trong
tr@ờng hợp đáy sóng nằm thấp hơn mực n@ớc tính toán một trị số h
II
(hình 3-11 b).

3.5.3. Độ cao sóng leo
Khi chiều sâu n@ớc tr@ớc mái dốc là H Ê 3h
s1%
và H 2h
1%
(h
s1%
- chiều cao sóng
di chuyển có tần suất 1% ở độ sâu H 0,5

s
l
; h
1%
- chiều cao sóng di chuyển tần suất
1%), thì chiều cao tính toán của độ leo của sóng điều hoà tần suất 1% tiếp trực diện lên
mái dốc đ@ợc xác định theo công thức:
h
l1%
= k
D
k
lt
k
c
k
ln
h
1%
, (3.28)
Trong đó:
k
D
và k
lt
- hệ số độ nhám và độ thấm t@ơng ứng của mái dốc (bảng 3-7);
k
c
- hệ số có giá trị lấy ở bảng 3-8;
k

ln
- hệ số lấy theo đồ thị hình 3-13 a.
5#3$MNv+$)!Z$6/0$C\=$CZC$1H$%P$#1Z<$^
D
$d4$1H$%P$61`<$C\=$<Z!$EPC$^
Q6
$
qV/!,~%-!'89!&PE!/h!>:P!Jh/!
qU!%-:>!,(p%&!5hP!Dt-
@
! K
D
!
K
',
!
"6>!*L!,0%&!2*L!,0%&!/h,!,-x9?! !@7AA!A7CA!
q:!/XUP!5:!Jf>7!5:!-;V/!3-hP!*L!,0%&!2*L!
,0%&!/h,!,-x9?!
<!A7AAF!
A7AAB! !A7A@!
A7AF!
A7AB!
A7@A!
!>!A7FA!
!!
S1T$61UC1( E`/" $")7/ '"63 G^/ $%)'(
D
W 3 /R' 80\ <e'( G)*'( -`'" $%1'( <='" /TP 49L' G6
(9P /2 369 @2/ "&^/ -`/" $")7/ $%1'( <='" /TP -"29 <L $;'( f<L $;'( /2$ $"_,gC

5#3$MNw+$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$-
C
$
GP:!,#W!K
/
!3-P!Rj%!,h/!&Pm!'T!2>t}?!
>
a
!
!FA! Ê!@A!
A7z!@7l!@7@!
A7z! !F7A!@7z!@7@!
l! !B!@7B!@7@!
B!@7{!@7F!
)1!$C1T( 3
a
h /$(
a
f
a
i (Q/ '("9L'( /TP 369 @2/ M& 479 ,")j'( '(P'(W G[gC

114 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Công thức (3.19) cũng đ@ợc áp dụng khi độ sâu tr@ớc mái dốc H < 2h
1%
. Trong
những tr@ờng hợp này hệ số k
ln
cần đ@ợc xác định theo các giá trị độ thoải của sóng với
độ sâu H = 2h

1%
, đ@ợc giới thiệu trên hình 3-13 a (trong ngoặc đơn).
Để xác định chiều cao sóng leo có tần suất bất kỳ tính theo công thức (3.28) thì
kết quả tính đ@ợc nhân với hệ số k
i
(bảng 3-9).



.V#1$MNOM=+$nX$610$9ZC$F0#1$1H$%P$^
Q#
$
a) Khi 0,1 Ê m
a
Ê 3; b) Khi 3Ê m
a
Ê 40.

5#3$MNy+$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$^
!
$
Tần suất theo độ tr-ờn
lên mái dốc i,%
k
i

Tần suất theo độ tr-ờn
lên mái dốc i,%
k
i

A7@!@7@A!@A!A7GB!
@!@7AA!lA!A77{!
F!A7C{!BA!A7{G!
B!A7C@!!!

Khi sóng tiếp bờ với góc xiên b so với trục dọc của công trình, thì chiều cao tr@ờn
lên mái dốc cần giảm t@ơng ứng bằng cách nhân với hệ số k
b
(bảng 3-10).
5#3$MNOt+$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$^
b
$
b, độ k
b
b, độ k
b

A!@7AA!zA!A7G7!
@A!A7CG!BA!A7GF!
FA!A7C{!{A!A77{!
lA!A7CF!!!

3.5.4. Độ dềnh do gió
Độ dâng cao mặt n@ớc do sức hút của gió Dh (m) còn gọi là độ dềnh do gió, sơ bộ
có thể xác định theo công thức d@ới đây (không xét đến hình dạng của đ@ờng mép bờ
hồ và đáy hồ)
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 115

D
h = 2.10
-6
2
W D
gH
cos
a
, (3.29)
Trong đó:
W - vận tốc gió ứng với tần suất tính toán ở độ cao 10m trên mặt n@ớc, m/s;
D - chiều dài mặt n@ớc có gió thổi, m;
H - chiều sâu n@ớc tính toán, m;
a
- góc tạo giữa trục dọc của hồ so với h@ớng gió, độ.

3.6. áp lực bùn cát
áp lực bùn cát lắng đọng tr@ớc đập phụ thuộc vào kích th@ớc của hạt bùn cát.
áp lực của các hạt cát và cát sỏi đ@ợc xác định theo công thức tính áp lực của vật liệu
rời có kể đến sự đẩy nổi của hạt. ở các hồ có độ sâu lớn th@ờng tr@ớc đập là các hạt bùn
cát rất nhỏ lắng đọng, trong đó xen kẽ giữa các hạt là n@ớc tự do và n@ớc màng. Theo
tính chất cơ học các lớp lắng đọng này có dạng gần nh@ chất lỏng với góc nội ma sát
gần bằng không.
áp lực bùn cát lên mặt thẳng đứng đ@ợc xác định theo công thức:
P =
g
b
h
b
tg

2
(45
o
-
j
/2), (3.30)
Trong đó:
g
b
- trọng l@ợng riêng của bùn cát d@ới n@ớc,
g
b
=
g
1
-
g
w
(1-n),
g
1
và
g
w
- trọng l@ợng riêng của bùn cát khô và của n@ớc;
n - độ rỗng t@ơng đối của bùn cát;
h
b
- chiều dày lớp bùn cát;
j

- góc ma sát trong của bùn cát.

Với độ thô trung bình của các hạt trong phạm vi 0,01 á 0,05 mm có thể lấy
g
1
= (0,9 á 1,3)10
4
N/m
3
; đối với bùn g
1
= (0,4 á 0,8)10
4
N/m
3
.

3.7. tải trọng động đất
Khi thiết kế các công trình thủy lợi ở vùng có động đất từ cấp 7 đến cấp 9 cần
thực hiện theo các yêu cầu chuyên môn của quy phạm Nhà n@ớc.
3.7.1. Đánh giá cấp động đất ở địa điểm xây dựng công trình thủy
1. Khi thiết kế các công trình dâng n@ớc cấp III và IV, trong đó sự h@ hỏng hay
phá huỷ công trình không dẫn đến các hậu quả có tính tai hoạ hoặc các công trình thủy
không áp thuộc mọi cấp, thì cấp động đất ở địa điểm xây dựng đ@ợc lấy theo bản đồ
phân vùng động đất của quốc gia. Tiếp sau đó cấp động đất đ@ợc chuẩn xác lại khi bản
thiết kế đ@ợc phê duyệt bởi cơ quan có thẩm quyền. Việc chuẩn xác tính chất động đất
có thể dựa theo số liệu tham khảo ở bảng 3-11.
116 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
5#3$MNOO+$S`K$F]#3$F`6$c$F0=$F!W<$9l;$E[#3$F7JC$C1:ẩ#$9ZC$61x&$64!$Q!H:$$
^15&$%Z6$F0=$C1`6$Ca#3$6/V#1$

Cấp động đất đ-ợc hiệu chỉnh
ứng với cấp động đất của phân
vùng
Loại đất theo
tính chất
động đất
Đất nền công trình
7!G!C!
y!
N]%!5:7!%ửE!5:!RT!&ồ>!/:/!3-hP!'8%!/m!5U!/-V,!5V/!
*Pk,!/E;!
{! 7!G!
yy!
N]%!}x,!RT!:!}x,!/-ắ/7!%]%!,T%&!'8%7!!%]%!/:,!}ỏP!RT!
/:,!,-0!2-Q,!'8%?!
7!G!C!
yyy!
N]%!}x,!RT!:!}x,!>]>!RT!Jẻ;!/-+K7!/:,!-Q,!,#X%&!*1%-!
RT!/:,!%-ỏ!
G!C! >!C!
)1!$C1T($
DC ở 4]'( G['( G0$ /0, kW 49:/ "9:1 /"#'" /0, G['( G0$ /TP @9:' $`/" FA\ @?'(
/;'( $%='" @A'( ')7/ $%L' 'O' G0$ 8&U9 lll /R' 80\ <e'( /0, mC
ZC n9:/ FA\ @?'( /;'( $%='" $"T\ 8+9 $%L' 'O' G0$ 8&U9 lll B 4]'( /Q G['( G0$
/0, o /"# /"& ,"_, -"9 /Q 81b' /> %9L'(C

2. Trong giai đoạn lập dự án tiền khả thi để xây dựng công trình dâng n@ớc thuộc
mọi cấp, thì cấp động đất đ@ợc quy định theo khoản 1, trong đó cấp động đất ở địa điểm
xây dựng công trình cấp I đ@ợc tăng lên một cấp.
3. Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và lập bản vẽ thi công đối với các công trình

dâng n@ớc thuộc cấp I và II đ@ợc thực hiện ở vùng có động đất cấp 6 và lớn hơn, thì cấp
động đất ở địa điểm xây dựng cần đ@ợc hiệu chỉnh trên cơ sở các khảo sát nghiên cứu
chuyên môn bao gồm:
a) Tìm hiểu trạng thái động đất của diện tích xây dựng để lấy tài liệu tính toán và
thiết kế khả năng ổn định động của công trình, nền công trình và các s@ờn bờ tiếp giáp
công trình;
b) Phát hiện các vùng có khả năng xuất hiện biến dạng d@ trong nền và đánh giá
trị số của chúng cho từng vùng;
c) Phát hiện các dạng tác dụng động nguy hiểm khác, ví dụ hiện t@ợng sập
đổ đá núi với khối l@ợng lớn vào hồ chứa, hiện t@ợng rơi những khối đá lớn vào công
trình, v.v;
d) Xác định các đặc tr@ng biến dạng động và đặc tr@ng c@ờng độ của vật liệu
công trình và đất nền có kể đến sự thay đổi tính chất của chúng khi ngâm n@ớc;
đ) Đánh giá khả năng thay đổi cấp động đất ở địa điểm xây dựng sau khi tích
n@ớc vào hồ chứa.

4. Trong giai đoạn thi công các công trình thủy, trừ công trình cấp I và II và
những công trình tham gia vào quá trình tạo nên tuyến áp lực, cấp động đất tính toán ở
địa điểm xây dựng đ@ợc hạ xuống một cấp.
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 117

3.7.2. Xác định tải trọng động đất
Trong tính toán c@ờng độ và ổn định của các công trình thủy d@ới tác dụng của
động đất cần kể đến các tác động động đất của khối l@ợng công trình (tải trọng quán
tính động đất), của khối n@ớc sáp nhập vào công trình (hay áp lực thủy động), tác động
sóng trong hồ chứa do động đất và tải trọng động của áp lực bùn cát.
Trong giai đoạn lập dự án tiền khả thi đối với các công trình thủy thuộc cấp I và II
và ở tất cả các giai đoạn thiết kế công trình thủy thuộc cấp III và IV, để xác định tải
trọng động đất có thể sử dụng các công thức gần đúng chỉ xét đến nhịp dao động thứ
nhất (cơ bản) và ứng với nhịp dao động đó là dạng biến dạng gần đúng của công trình.

Khi tính toán c@ờng độ các công trình thủy lợi chỉ xét đến thành phần nằm ngang
của tải trọng động đất, trừ các công trình có trạng thái ứng suất phụ thuộc vào chuyển vị
đứng (ví dụ đập vòm có độ cong hai chiều).
Khi tính ổn định của các công trình thủy cần xét đến các thành phần tải trọng
động nằm ngang và thẳng đứng tác dụng đồng thời.
Thành phần nằm ngang của tải trọng động đất S
ik
ở điểm k của công trình ứng với
nhịp dao động bản thân thứ i đ@ợc xác định theo công thức:
S
ik
= Q
k
m . k
đ

b
i
o

h
ik
, (3.31)
Trong đó:
Q
k
- trọng l@ợng bộ phận công trình tính cho điểm k;
m - hệ số xét đến điều kiện làm việc đặc biệt của công trình thủy, lấy bằng 1,5
đối với đập bê tông cấp I; bằng 1,3 đối với đập đất đá cấp I; bằng 1,0 đối
với các công trình còn lại thuộc cấp I và tất cả các công trình cấp II - IV;

k
đ
- hệ số động đất lấy theo bảng 3-12; trong tr@ờng hợp xét đồng thời thành
phần ngang và thẳng đứng của lực động đất thì giá trị của k
đ
ở công thức
(3.31) đ@ợc nhân với cos
a
, trong đó
a
- góc tạo bởi h@ớng tác dụng động
đất và ph@ơng nằm ngang;
b
i
o
- hệ số động học,

b
i
o
= m
o

b
i
(3.32)
ở đây m
o
- hệ số thuộc vào loại vật liệu và kết cấu công trình (bảng 3-13);
b

i
- hệ số động học ứng với dạng dao động bản thân thứ i của công trình và
xác định theo đồ thị hình 3-13 b, phụ thuộc vào chu kỳ dao động bản thân
của công trình T
i
; giá trị của hệ số
b
i
o
lấy không nhỏ hơn 0,8;
h
ik
- hệ số phụ thuộc vào dạng dao động bản thân thứ i của công trình và vị trí
của điểm k.
118 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1


.V#1$MNOMB+$ !W:$FX$FW$9ZC$F0#1$1H$%P$F]#3$12C$
b
!
$

5#3$MNOb+$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$F]#3$12C$^
F
$
Cấp động đất tính toán k
đ

7!A7AFB!
G!A7ABA!

C!A7@AA!

5#3$MNOM+$)!Z$6/0$C\=$1H$%P$<
&
$
Loại công trình m
o

o0%&!,#1%-!*L!,0%&!RT!*L!,0%&!/h,!,-x9!3-P!'T>!RPk/!,#;%&!5P]X!3Pk%!JE;!
5U%&!3-0%&!*W!-w!/:/!3-89!%hP!
@!
o0%&!,#1%-!*L!,0%&!*P\%!JQ%&!,H!J;!3-P!JE;!5U%&!/m!-w!>U,!9-=%!/:/!
3-89!%hP!
A7G!
o0%&!,#1%-!*g%&!56,!RT!*g%&!5:!5n!A77!


Đối với các công trình thủy cho phép chỉ xét thành phần chuyển vị ngang, thì hệ
số h
ik
đ@ợc xác định theo công thức:

h
ik
=
( )
(
)
( )
n

ik jij
j1
n
2
j i j
j1
Xx QXx
Q Xx
=
=
ồ
ồ
(3.33)
Trong đó X
i
(x
k
), X
i
(x
j
) là các chuyển vị của công trình theo nhịp dao động bản
thân thứ i ở các điểm có toạ độ x
k
và x
j
, với sơ đồ tính toán công trình thừa nhận các
khối l@ợng là tập trung.
Khi tính toán theo công thức (3.31) tải trọng động đất tác dụng lên các công trình
d@ới đất và lên khối đá tạo thành nền công trình thủy và các bờ s@ờn dốc, cần lấy

b
i
o
h
ik
= 1, còn đối với các t@ờng chắn thì lấy b
i
o
h
ik
= 1,5.
Thành phần thẳng đứng của tải trọng động đất S
k
đ
ở điểm k của công trình đ@ợc
xác định theo công thức:

đ
k
S
= Q
k
mk
đ
sin
a

A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 119

Trong đó a là góc giữa ph@ơng ngang và h@ớng tác động của động đất, lấy không

lớn hơn 30
o
.
Khi đánh giá c@ờng độ của công trình thì lực tính toán do tác động động đất đ@ợc
cộng với lực tác động do các tải trọng khác tham gia vào tổ hợp tải tọng và tác động.
C@ờng độ của đập bê tông trọng lực và đập vòm đ@ợc kiểm tra với tải trọng động
đất theo ph@ơng ngang, trong đó các tải trọng đ@ợc xác định ứng với mỗi nhịp dao động
bản thân đ@ợc xét đến trong tính toán.
Lực tính toán N
p
(ứng lực ngang hoặc lực pháp tuyến, momen uốn) trong mặt cắt
xem xét của kết cấu ứng với chu kỳ dao động bản thân thứ nhất (cơ bản) lớn hơn 0,3 s
đ@ợc xác định theo công thức:
N
p
=
n
2
i
i1
N
=
ồ
(3.34)
Trong đó: n - số nhịp dao động đ@ợc xét đến;
N
i
- ứng lực trong mặt cắt xem xét đối với nhịp dao động thứ i.

Đối với chu kỳ nhịp dao động bản thân thứ nhất không lớn hơn 0,3 s thì ứng lực
N
p
đ@ợc tính theo công thức:
N
p
=
n
22
maxi
i1
N0,5N
=
+
ồ
(3.35)
Trong đó:
N
max
- giá trị lớn nhất của ứng lực trong mặt cắt xem xét đ@ợc xác định từ so
sánh các biểu đồ lực động đất ứng với mỗi dạng dao động riêng của
công trình;
N
i
- giá trị ứng lực cũng ở mặt cắt xem xét đó theo các biểu đồ khác, (ngoài
giá trị N
max
).

ứng lực trong các kết cấu N

i
(N
max
) t@ơng ứng với các dạng dao động bản thân
đ@ợc xét đến đ@ợc xác định với giả thiết tác động tĩnh học lên công trình của các lực
động S
i
đ@ợc tính theo công thức (3.31).
Tải trọng động tính toán theo ph@ơng ngang S
p
trong mặt cắt xem xét của công
trình khi tính toán độ ổn định của nó đ@ợc xác định theo công thức:
S
p
=
n
2
i
i1
S
=
ồ
(3.36)
Trong đó S
i
là tải trọng tính toán cũng trong mặt cắt đó ứng với nhịp dao động
thứ i đ@ợc xác định theo công thức (3.31).