Tiểu luận: Thiết kế đập đất ppt

Cấp công trình: Theo quy phạm thiết kế đập đất đầm nén, cấp công trình được xác định từ 2 điều kiện: Theo chiều cao công trình và loại nền.. Trong điều kiện đồ án này chiều Mái thượng l

Tiểu luận

Đề án: Thiết kế đập đất

Đồ án số 2

Thiết kế đập đất

Đề bài : C16

A Tài liệu cho trước

I/ Nhiệm vụ công trình Hồ chứa nước H trên sông S đảm 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 lịch

II/ Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối

1 Một đập chính ngăn sông

2 Một đập 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 của lớp bồi tích lòng sông trong bảng 1 Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong húa dày từ 0,5 ữ 1m

3 Vật liệu xây dựng

Chất đất là loại pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1

Điều kiện khai thác bình thường

Đất sét: có thể khai thác tại vị trí cách đập 4 km, trữ lượng đủ làm thiết

Bảng 1 – Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu

Loại

HS rỗn

g

n

Độ ẩm W%

Tự nhiên

BOo hoà

Tự nhiên

BOo hoà

γk (T/m3)

k (m/s)

5 Tài liệu thiết kế cống

- 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

MNDBT (m)

Bình thường

Bài làm

A/ Những vấn đề chung

I/ Nhiệm vụ công trình

Hồ chứa nước H trên sông S đảm 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 lịch

II/ Chọn tuyến đập :

Dựa vào bình đồ khu đầu mối đO cho, phân tích các điều kiện địa hình

cụ thể (địa hình, địa chất, vật liệu địa phương ) chọn tuyến đập B – B là hợp

lý

III/ Chọn loại đập :

Qua phân tích các điều kiện địa hình, địa chất, tình hình cung cấp vật liệu tại chỗ, ta chọn phương án xây dựng đập đất để tận dụng vật liệu sẵn có

của địa phương nơi xây dựng công trình

IV/ Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

1/ Cấp công trình:

Theo quy phạm thiết kế đập đất đầm nén, cấp công trình được xác định

từ 2 điều kiện:

Theo chiều cao công trình và loại nền

Chiều cao đập sơ bộ xác định theo công thức:

∇đỉnh đập = ( MNLTK + d ) = (MNDBT + Hmax + d ) = 146 + 3 + 3

=152m

Chiều cao công trình = ∇ đỉnh đập – ∇ đáy công trình

152 - 104 = 48(m)

tra trong phụ lục P1-1 được công trình cấp II

Theo nhiệm vụ của công trình và vai trò của công trình trong hệ thống

Tra trong bảng P 1-2 (Đồ án thuỷ công)

Theo quy phạm chọn cấp công trình có mức độ quan trọng hơn Như vậy công trình được xác định là công trình cấp II

2/ Các chỉ tiêu thiết kế:

Từ cấp công trình xác định được

- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất (Bảng P1-3): P=1%

- Hệ số tin cậy (Bảng P1-6): Kn=1,2

- Tần suất gió lớn nhất tính toán (Theo QP TCVN - C1-78): P= 4%

- Gió bình quân lớn nhất: P=50% (áp dụng đối với tất cả mọi cấp công trình)

toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

2 6

H g

D V

h = ư

Trong đó :

V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s) Tra theo bảng P 2-1 với tần suất gió lớn nhất P = 4% thì V = 30m/s

D = 2000 m - Đà sóng ứng với MNDBT

g = 9,81 Gia tốc trọng trường

H : Chiều sâu mực nước thượng lưu đập

H =∇MNDBT - ∇đáy đập = 146 - 104 = 42m

Thay các trị số vào (1-3) :

) ( 367 , 0 1 40 81 , 9

2000 30 10 2

2 6

m

* Xác định chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm sóng 1% h s1%

Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau

g.t

30

2000 81 , 9

2

V D g

h g

9 3 V

g 2 7063 V

t g

.

.

04 , 1 18

, 2

2 2

V

h g V g V

D g

04 , 1

2

V

h g V

gτ

872 , 0 81

, 9

30 0095 , 0

0095 , 0

18 , 3 81 , 9

30 04 , 1 04 , 1

2 2

2

182 , 3 81 ,

Ta được K1% = 2,0

hs1% = 2,0 0,872 = 1,788 (m)

gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái

8 , 15

D’ = D + 300 m = 1800 m

a H

g

D V

h TB cos

.

10

.

' 2 max 6

α: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió Theo tài liệu trắc đạc,

Thay các trị số vào (1-3)

43 81 , 9

1800 12 10 2

2 6 '

Trong đó : t là thời gian gió thổi liên tục, do không có tài liệu đo ta lấy t = 6 giờ =21600(s)

Ta có

12

21600 81

9 V

h g

2 5 V

g 17658 V

t g

.

,

.

61 , 1 6

, 122

2 2

V

h g V g V

D

g

τ

Chọn cặp có trị số nhỏ

264 , 0 81 , 9

12 018 , 0

) ( 969 , 1 81 , 9

12 61 , 1 61 , 1

2

969 , 1 81 ,

cố mái và độ nhám tương đối trên mái

s

h

λ

20 , 11 541 , 0

06 , 6

Thay các số liệu vừa tính toán được vào công thức tính cao trình đỉnh

đập ứng với mực nước dâng gia cường:

Do thiết kế không có yêu cầu giao thông ta có thể chọn bề rộng đỉnh

đập cho phù hợp với cấu tạo và thi công cũng như khai thác, quản lí và sửa chữa đập dễ dàng

Ta chọn bề rộng đỉnh đập B = 5 m (trong đó có kể đến chiều dày tường nghiêng )

II/ Mái đập và cơ đập

1/ Mái đập : Sơ bộ tính theo công thức kinh nghiệm,

Mái thượng lưu: m1 = 0,05 H + 2,0 Mái hạ lưu : m2 = 0,05 H + 1,5 Trong đó: H là chiều cao đập

có tác dụng làm tăng thêm độ ổn định cho mái, tập trung và thoát nước mưa

đồng thời bảo đảm thuận lợi cho quá trình thi công, phục vụ tốt cho quá trình quản lý, vận hành và phòng chống lũ sau này Trong điều kiện đồ án này chiều

Mái thượng lưu không bố trí cơ m= 4,0

131 m, trên đỉnh cơ bố trí một rOnh tập chung nước chạy dọc theo chiều dài

đập, nối tiếp với các rOnh thoát nước ngang được bố trí chạy theo chiều mái

đập

III/ Thiết bị chống thấm

Theo tài liệu cho, đất đắp đập và nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bị chống thấm cho đập và cho nền

Theo mặt cắt dọc tuyến đập đO cho tầng thấm dày T = 5 m Như vậy chiều dày tầng thấm nước tương đối mỏng Ta chọn hình chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng Vật liệu làm chân răng là đất sét khai thác tại vị trí cách vị trí xây dựng đập 4 Km theo như tài liệu đO cho, chân răng được cắm sâu xuống nền đá 1m Kích thước cơ bản của tường nghiêng và chân răng

1

H trong đó H là chênh lệch cột nước thấm trước và sau tường, nhưng không nhỏ hơn 3m Do chưa xác định được

độ chênh lệch cột nước thấm trước và sau tường nên sơ bộ chọn chiều dày đáy tường nghiêng theo yêu cầu cấu tạo

IV/ Thiết bị thát nước thân đập

1/ Mục đích:

Do có sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đập, trong đập xuất hiện dòng thấm Các dòng thấm này nếu mạnh sẽ gây ra những hiện tượng bất lợi cho đập như trôi đất, xói mòn, xạt lở mái đập và có khả năng gây phá huỷ đập

Do vậy ta phải có các biện pháp làm giảm áp lực thấm bằng cách lắp đặt thiết

bị thoát nước nhằm đưa dòng thoát ra hạ lưu đập được dễ dàng và an toàn, hạ thấp đường bOo hoà không cho dòng thấm thoát ra ở mái hạ lưu gây sạt lở mái dốc, đưa dòng thấm vào vật thoát nước tăng ổn định cho đập

2/ Hình thức, cấu tạo thiết bị thoát nước :

a, Phần lòng sông :

ứng với mặt cắt lòng sông là trường hợp hạ lưu đập có nước Tuy nhiên

cao trình đỉnh đập mực nước hạ lưu không lớn lắm nên ở đây chọn hình thức thoát nước kiểu lăng trụ Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất để đảm bảo trong mọi trường hợp đường bOo hoà không đi xuyên qua mái hạ lưu Trong đồ án này dựa vào kinh nghiệm đO có từ những công trình đO đưa vào sử dụng ta chọn cao trình đỉnh lăng trụ thoát nước cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất 1,5m

∇ đỉnh lăng trụ = 112,5 + 1,5 = +114 m

bằng đá hộc hệ số mái chọn như sau:

Để đảm bảo không xảy ra hiện tượng trôi đất tại phần tiếp giáp giữa thân đập và vật thoát nước ta bố trí tầng lọc ngược (Chi tiết xem trong bản vẽ)

C/ Tính thấm qua đập đất và qua nền

I-nhiệm vụ và trường hợp tính toán

1.Mục đích:

Tính toán thấm xác định lưu lượng dòng thấm qua đập và nền.Trên cơ

sở đó tìm lưu lượng tổn thất của hồ do dòng thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp

Xác định đường bOo hoà, từ đó tìm ra được áp lực thấm dùng tính toán

Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng; thiết bị chống thấm thoát nước làm việc bình thường

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

(Trong đồ án này chỉ tính toán với trường hợp thứ nhất)

3/ Các mặt cắt tính toán : Tính với 2 mặt cắt đại biểu

Mặt cắt lòng sông ( chỗ tầng thấm dày nhất ) ứng với cao trình đáy đập + 104 (m)

Mặt cắt sườn đồi ( đập trên nền không thấm ) ứng với cao trình đáy đập +112,5(m)

II/.Tính thấm cho mặt cắt ở lòng sông

1/ Tính cho trường hợp MNDBT:

Tại mặt cắt này có tầng thấm dầy 5 m ( Theo cắt dọc đO cho )

Các số liệu phục vụ tính toán

Cao trình đỉnh đập so với cao trình đáy sông H = 148,1 - 104 = 44,1

m

= +

h2: Độ sâu mực nước hạ lưu h2= ∇MNHL - ∇đáy sông = 112,5 - 104 = 8,5(m)

Hệ số thấm của đất đắp đập : kđ = 10-5 cm/s

Hệ số thấm của đất nền : kn =10-6 cm/s

5 , 8 5 , 1 5 44 , 0 294

40 10

) 4 229 ( 2

40

3

2 3 2 5

ư +

ư +

Sơ đồ tính toán như sau:

Zo=1,94m δ=2,0 m

+112,5m

Z h h k

2 1 0

ư + α δ

2 2 2 3

44 , 0

) (

) (

2

.

h m T L

T h h k

mh L

h h K q

lt n

d

ư +

ư +

ư

ư

=Thay các trị số vào phương trình trên ta có :

4

5 ).

40 ( ' 20 14 sin 0 , 2 2

94 , 1 40

10

0

2 2

3 2

x mh L

h h h

3

2 2

2 3 2 3

5 , 8 56 , 17 56 , 17

2 2

III/ Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi

Tại mặt cắt này nền đập không thấm nước , hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái

Đây là trường hợp đập trên nền không thấm nước, thiết bị thoát nước kiểu áp mái phương trình tính toán xác định qđ , h3 và ao như sau:

) '.

.(

2

) (

3

2 0

2 3

o

d

a m mh L

a h K q

α

δ sin 2

2 2 3

2 1 0

Zo h

h K

Bỏ qua độ cao hút nước ao( lấy ao = 0)

sin 20

20 (

2 2 3 2

x

h m

K o ư ư

) (

2

(

3 1

2 3

h m L

y

d

69 , 0 8 , 162

10

10 438 , 3 2 76 , 12

Bảng tính toán toạ độ điểm thuộc đường b%o hoà

I/ Trường hợp tính toán

với các trường hợp sau :

1/ Cho mái hạ lưu

nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)

nước bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt)

2/ Cho mái thượng lưu

1/ Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm : Sử dụng 2 phương pháp

a, Phương pháp Filennit :

Theo Filennit, tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM’(hình

độ dốc mái đập tra bảng (4-1) giáo trình Thuỷ Công tập I trang 79 Trong

như trong hình vẽ

b, Phương pháp Fanđêep

Theo phương pháp này tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd (hình vẽ) Để xác định khu vực này thì từ điểm giữa mái đập hạ lưu ( khi mái có độ dốc khác nhau thì lấy trị số trung bình) ta kẻ một đường

tâm vẽ các cung tròn có bán kính R và r, các bán kính này phụ thuộc vào chiều cao đập và độ dốc mái trung bình Tra bảng 4-2 giáo trình Thuỷ Công tập I trang 80 ta được: r/H =1,19; R/H=2,84

Kết hợp hai phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm

xúc với nền đá), tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K1, K2 ,K3 cho các

thẳng NN vuông góc với đường MM1 ,trên đường NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung trượt mới, giả thiết các cung trượt này cũng tiếp xúc với

tâm Oi ta xác định được trị số Kmin min ứng với các cung trượt giả thiết

2/ Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ :

Theo Ghecxevanop ta chia khối trượt thành các dải có chiều rộng dải

là b với b = R/m, (R-bán kính vòng cung trượt, m-số nguyên lấy bằng 10-20 tuỳ theo từng cung trượt) Ta có công thức tính hệ số ổn định:

n n gt

ct

T

l C tg

W N M

Đối với đất, đá ở dưới đường bOo hoà lấy dung trọng bOo hoà γbh

3/ Đánh giá tính hợp lý của mái

Vậy mái đập thoả mOn cả 2 điều kiện về kinh tế và kĩ thuật

E Cấu tạo chi tiết

I.Đỉnh đập

Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần phủ 1 lớp dăm sỏi dầy 20 Cm Mặt đỉnh đập dốc về 2 phía độ dốc i=2%

II.Bảo vệ mái đập

1 Mái thượng lưu:

Theo kết quả tính toán chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm sóng 1% là 1,4 m với chiều như vậy ta chọn hình thức bảo vệ mái = đá lát khan

2 Mái hạ lưu:

Mái hạ lưu đập cần được bảo vệ chủ yếu chống xói do nước mưa gây

ra ở đây ta chọn phương pháp trồng cỏ để bảo vệ mái Trên mái hạ lưu đập

thời phân khu vực trồng cỏ thành các ô nhỏ Trong các rOnh này có xếp đá dăm để giảm tốc độ nước chảy, nước từ các rOnh tập trung vào các mương ngang bố trí tại cơ đập

III Nối tiếp đập với nền và bờ

1 Nối tiếp đập với nền

Tại các vị trí tiếp xúc giữa đập và nền ta tiến hành bóc bỏ 1 lớp đất phong hoá mạnh chiều dày trung bình lớp đất bóc bỏ là 1m

2 Nối tiếp đập với bờ

Để đảm bảo an toàn về thấm, tránh hiện tượng nước thấm qua phần nối tiếp giữa thân đập và bờ đá ta dùng đất sét tạo chân răng cắm sâu vào bờ đá 1 khoảng 0,5 m

G Kết luận

Hà Nội, ngày …./…./2010

Sinh viên thực hiện