BAI TAP TINH TOAN DAP DAT

Đồ án số Thiết kế đập đất A- Tài liệu cho trớc I/ Nhiệm vụ công trình Hồ chứa H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: Cấp nớc tới cho 1650ha ruộng đất canh tác Cấp nớc sinh hoạt cho 5000 dân Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trờng, sinh thái phục vụ du lịch II/ Các công trình chủ yếu khu đầu mối: Một đập ngăn sông; Một đờng tràn tháo lũ sang lu vực khác Một cống đặt dới đập để lấy nớc tới III/ Tóm tắt số tài liệu Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập có max =155m ; =105m Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập Chỉ tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng Tầng đá gốc rắn mức độ nứt nẻ trung bình lớp phong hóa dày 0,5-1m Vật liệu xây dựng: a) Đất: Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lợng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ lợng 600.000m3, cự ly 600m); C(trữ lợng 1.000.000m3, cự ly 1Km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nớc tơng đối mạnh tiêu nh bảng Điều kiện khai thác bình thờng Đất sét khai thác vị trí cách đập 4Km trữ lợng đủ làm thiết bị chống thấm b) Đá: Khai thác vị trí cách công trình 8Km, trữ lợng lớn, chất lợng đảm bỏ o đắp đạp, lát mái Một số tiêu lý: ; = 32 , n = 0,35 (của cống đá) , K = 2,5T / m (của đá) c) Cát sỏi: Khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3Km, trữ lợng đủ làm tầng lọc Bảng1 - Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu (độ) 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 30 27 0 1,60 10-4 26 22 1,0 0,7 1,59 10-6 HS rỗng n Độ ẩm W% ẩm bão hòa ẩm 0,35 20 23 20 (chế bị) 0,42 22 17 Cát 0,4 18 Đất 0,39 24 Loại C (T/m2) Đất đắp đập (chế bị) Sét Bảng - Cấp phối 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 trng hồ chứa: - Các mực nớc hồ mực nớc hạ lu: Bảng Tràn từ động có cột nớc đỉnh tràn Hmax = 3m - Các vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P% P% 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D = 1,5km - ứng với MNDGC: D = D + 0,3 = 1,5 + 0,3 = 1,8km - Đỉnh đập đờng giao thông chạy qua Các thông số kỹ thuật: + Mực nớc dâng bình thờng hồ chứa MNDBT = 144(m) + Mực nớc dâng gia cờng MNDGC = MNDBT + = 144 +3 = 147 (m) + Mực nớc hạ lu: Bình thờng : 108.5(m) Max : 112.5(m) + Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P% B- Nội dung thiết kế I/ Đập đất Thuyết minh - Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập; - Xác định kích thớc đập; - Tính toán thấm ổn định; - Chọn cấu tạo chi tiết Bản vẽ - Mặt đập - Cắt dọc đập (hoặc diện hạ lu); - Các mặt cắt ngang đại biểu lòng sông bên thềm sông; - Các cấu tạo chi tiết Bảng 3- Tài liệu thiết kế đập đất cống ngầm Đề số Sơ đồ Đặc trng hồ chứa D (km) MNC (m) MNDBT (m) Mực nớc hạ lu (m) Bình thờng Max Qcống (m3/s) Khi Khi MNC MNDBT (Qtk) Mực nớc đầu kênh (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 30 C 1.5 115.5 144.0 108.5 112.5 5.1 4.5 115.30 Bài làm A- Những vấn đề chung I/ Nhiệm vụ công trình: Lu vực dòng sông S vùng đất nông nghiệp rộng lớn Mà nhu cầu nớc vùng lớn chủ yếu ngời dân trồng nông nghiệp (lúa) Do vấn đề cấp nớc cho sản xuất nông nghiệp cần thiết Chính ta phải tạo hồ chứa sông S: Hồ chứa H Hồ chứa H đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp nớc tới cho 1650ha ruộng đất canh tác kết hợp nuôi cá lòng hồ cấp nớc phục cho dân sinh hạ du Để hoàn thành tốt nhiệm vụ phải xây dựng công trình chủ yếu khu đầu mối là: 1- Đập ngăn sông 2- Một đờng tràn tháo lũ sang lu vực khác 3- Một cống lấy nớc tới đặt dới đập II/ Chọn tuyến đập: Dựa theo bình đồ khu đầu mối cho: Hai bên bờ sông có đồi 155m nằm đối xứng thu hẹp lòng sông lại Tầng đá gốc đồi tơng đối tốt, tầng tàn tích mỏng khu vực đồi có bãi vật liệu thuận tiện cho việc thi công Do ta chọn tuyến đập A-A qua đỉnh đồi nh hình vẽ cho III/ Chọn loại đập: Theo tài liệu cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông đất tơng đối mỏng Về vật liệu địa phơng chủ yếu đất nh bãi vật liệu A (trữ lợng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ lợng 600.000m3, cự ly 600m); C(trữ lợng 1.000.000m3, cự ly 1Km) Điều kiện khai thác dễ, thuận tiện cho việc thi công Vì ta định chọn loại đập đất Do đất đắp đập thấm tơng đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu cho ta thấy trự lợng đất sét bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km nhiều, chất lợng tốt Đủ làm vật liệu chống thấm Do ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngợc bảo vệ mái sau làm xong đập đất IV/ Cấp công trình tiêu thiết kế: Cấp công trình: a) Theo chiều cao công trình loại : Cao trình đỉnh đập: Zđ = MNDGC + d = 147 + = 149 (m)(chọn d = 2m) Tra bảng P1-1 Công trình cấp I b) Theo nhiệm vụ công trình: Tới cho 1650ha Tra bảng P1-2 công trình cấp V So sánh tiêu ta chọn cấp công trình cấp I Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định đợc: - Tần suất lu lợng, mức nớc lớn nhất: Tra bảng P1-3 ta có P = 0,1% - Hệ số tin cậy kn : Tra bảng P1-6 ta có kn = 1,25 - Tần suất gió lớn gió bình quân lớn (QPTL C1-78) tơng ứng với P=2% P=5% - Theo quan hệ tài liệu : P = 2% v = 32m/s : MNDBT P = 5% v = 12m/s : MNDGC Kích thớc đập đất I/ Đỉnh đập: Cao trình đỉnh đập: - Xác định từ mực nớc: MNDBT MNDGC Z1 = MNDBT + h + hsl + a Z1 = MNDGC + h + hsl + a Trong đó: h h : Độ dềnh gió ứng với tính toán lớn gió bình quân lớn nhất; hsl hsl : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn gió bình quân lớn a a: Độ vợt cao an toàn a) Xác định h , hsl ứng với gió lớn V : V D cos S (m) * Xác định h : h = 2.10-6 g H Trong đó: V- Vận tốc gió tính toán lớn ứng với p=2%: v=32(m/s) D - Đà sóng ứng với MNDBT: D=1,5.103 (m) g- Gia tốc trọng trờng (m/s2) H- Chiều sâu nớc trớc đập (m) H = MNDBT - đáy sông = 144 - 105 = 39(m) S - Góc kẹp trục dọc hồ hớng gió S = 00; 32 1,5.10 cos 0 = 0,008(m) h = 2.10 9,81.39 * Xác định hsl: Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định nh sau: hsl(1%) = K1 K2 K3 K4 hs1% Trong đó: hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% K1 , K2, K3, K4 - Các hệ số - Xác định hs1% : + Giả thiết trờng hợp sóng nớc sâu : (H > 0,5 ) gt 9,81.6.3600 = = 6621,75 V 32 gD 9,81.1,5.1000 = = 14,37 V2 32 gt gh = 6621,75 = 0,075 V V (1) g = 3,8 V gD gh = 14,37 = 0,007 V V (2) g = 0,88 V Từ (1) (2) ta có: Ta chọn cặp (2) 0,007.32 h= = 0,73(m) 9,81 = 0,88.32 = 2,87 (s) 9,81 g. 9,81.2,87 = = = 12,87( m) 2. 2.3,14 Kiểm tra lại sóng nớc sâu: H > 0,5 H = 39(m) > 0,5 = 6,44(m) - Tính hS1% = K1% h S Trong K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lợng g.D = 14,37 V2 K 1% = 2,1 h1% = 2,1.0,73 = 1,533 (m) - Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trng lớp gia cố mái độ nhám tơng đối mái Lấy 0,2 0,2 = = 0,13 K1 = 0,71 ; K2 =0,61 h s1% 1,533 - Hệ số K3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m Chọn sơ hệ số mái: mt = ; mh = 3,5 Tra bảng P2-2 K3 = 1,5 (Vgió = 32m/s > 10m/s) - Hệ số K4 tra đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số Ta có: h SL1% = 12,87 = 8,4 K = 0,9 1,533 h SL1% hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% = 0,71.0,61.1,5.0,9.1,533 = 0,9(m) Vậy Z1 = MNDBT + h + hsl + a = 144 + 0,008 + 0,9 + 0,7 = 145,6(m) b) Xác định h , hsl ứng với gió bình quân lớn V : + Xác định h : h' = 2.10 V' D' cos B ' g.H' Trong đó: V: Là vận tốc gió bình quân lớn (V =12m/s) D: Đà sóng ứng với MNDGC (D = 1,5 + 0,3 = 1,8km = 1800m) g: Gia tốc trọng trờng g = 9,81 m/s2 H : Chiều sâu dới đập H = MNDGC - 105 = 147 -105 = 42(m) B ' : Góc kẹp trục dọc hồ với hớng gió = 00 12 1800 h' = 2.10 cos = 0,001(m) 9,81.42 + Xác định hsl: Chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định nh sau: hsl(1%) = K1 K2 K3 K4 hs1% Trong đó; hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% K1 , K2, K3, K4 - Các hệ số - Xác định hs1%: Giả thiết trờng hợp xét sóng nớc sâu H > 0,5 ' - Tính đại lợng không thứ nguyên: gt 9,81.6.3600 = = 17658 V' 12 (1) gD' 9,81.1,8.1000 = = 122,625 (2) V' 12 (1) (2) gt gh = 17658 = 0,09 V' V' g = 4,4 V' gD' gh = 122,625 = 0,018 V' V' g = 1,65 V' Ta lấy trị số nhỏ (1) (2), ta đợ trị số cặp (2) 0,018.12 h' = = 0,264(m) 9,81 ' = 1,65.12 = 2,02 (s) 9,81 g.' 9,81.2,02 ' = = = 6,374(m) 2. 2.3,14 Kiểm tra lại điều kiện sóng nớc sâu: H > 0,5 ' H =42 > 0,5 6,374 = 3,367 (m) (t/m) - Tính hs1% = K1% h' S Trong đó: Trong K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lợng g.D' = 122,625 V' K 1% = 2,15 hs1% = 2,15.0,264 = 0,568 (m) - Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trng lớp gia cố mái độ nhám tơng đối mái Lấy 0,2 0,2 = = 0,352 K1 = 0,7 ; K2 =0,5 h' s1% 0,568 - Hệ số K3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m Chọn sơ hệ số mái: mt = ; mh = 3,5 Tra bảng P2-2 K3 = 1,5 (Vgió = 32m/s > 10m/s) - Hệ số K4 tra đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số ' 6,374 = = 11,22 K' = 1,1 h' SL1% 0,568 Ta có: ' h' SL1% hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% = 0,7.0,5.1,5.1,1.0,568 = 0,328(m) Vậy Z2 = MNDGC + h + hsl + a = 147 + 0,001 + 0,328 + 0,7 = 148,3(m) Chọn cao trình đỉnh đập: Z=(Z1, Z2)max = 148,3(m) Lấy tròn 149(m) Bề rộng đỉnh đập: Vì đờng giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng đỉnh đập B=6m để thi công thuận tiện phù hợp với chiều cao đập II/ Mái đập đập: Mái đập: - Chiều cao đập H= Zđ - Zđáy = 148,3 -105 = 43,3(m) Ta lấy H= 44(m) Sơ hệ số mái: + Mái thợng lu: m1 = 0,05H +2,00 = 0,05.44 +2 = 4,2 + Mái hạ lu : m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05.44+1,5 = 3,7 Lấy m1 = m2 =3,5 2) Cơ đập: - Đập cao 44m > 10m nên bố trí mái hạ lu - Khoảng cách theo chiều cao chọn từ 10-20m - Bề rộng chọn theo yêu cầu giao thông lấy không nhỏ 2m Lờy Bcơ = 3m III/ Thiết bị chống thấm Theo tài liệu cho, đất đắp đập đất có hệ số thấm lớn nên cần có thiết bị chống thấm cho thân đập - Nếu tầng thấm tơng đối mỏng (T 5m ) chọn thiết bị chống thấm cho đập cho thích hợp sau: + Chống thấm kiểu tờng nghiêng + chân (cắm xuống tận tầng không thấm) + Chống thấm kiểu tờng lõi + chân - Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phơng án hợp lý dùng thiết bị chống thấm kiểu tờng nghiêng + sân phủ Theo đề hình C cho tầng thấm T=4m < 5m Ta chọn phơng án: Dùng thiết bị chống thấm kiểu tờng nghiêng chân * Chọn sơ kích thớc ban đầu: a) Chiều dày tờng (nghiêng hay lõi) - Trên đỉnh: 0,8 m Chọn = 1m H H - Dới đáy: 10 Trong đó: H- Là cột nớc lớn Hmax = MNDGC - Zđáy = 147 - 104 = 43(m) H H = 4,3m = 10,75m 10 - Chọn = 4.6 m b) Cao trình đỉnh tờng nghiêng: (hay lõi): Chọn không thấp MNDGC thợng lu Chọn cao trình đỉnh tờng nghiêng cao trình đỉnh đập đất c) Chiều dày chân răng: Chọn nh đáy tờng nghiêng NgoàI đảm bảo điện kiện nối tiếp đặn tờng nghiêng với chân = = 20,62 m Tính t1 = sin sin 14 2' Chọn t2 = 3,38(m) IV/ Thiết bị thoát nớc thấm đập Thờng phân biệt đoạn theo chiều dài đập Đoạn lòng sông: Hạ lu có nớc - Chiều sâu nớc hạ lu: HHL max = MNHLmax - Zđáy = 112,5 - 104 = 8,5m HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 108,5 - 104 = 4,5m Chọn thoát nớc kiểu lăng trụ - Độ vợt cao đỉnh lăng trụ so với mực nớc hạ lu max từ 1-2m Chọn 1,5m - Do chiều cao lăng trụ = 8,5 + 1,5 = 10(m) - Bề rộng đỉnh lăng trụ b =3m - Mái trớc mái sau lăng trụ chọn m =1,5 Mặt cắt ngang đập 149.0 140.0 114.0 104.0 100.0 Đoạn sờn đồi: ứng với trờng hợp hạ lu nớc Ta chọn thoát nớc kiểu áp mái Phần IV Tính toán thấm qua đập I/ Nhiệm vụ trờng hợp tính toán: Nhiệm vụ tính toán: - Xác định lu lợng thấm q - Xác định đờng bão hòa đập - Kiểm tra độ bền thấm đập Các trờng hợp tính toán: Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho trờng hợp làm việc khác đập - Thợng lu MNDBT, hạ lu mực nớc - Thợng lu MNDGC, hạ lu mực nớc max - thợng lu mực nớc rút đột ngột - Trờng hợp thoát nớc làm việc không bình thờng - Trờng hợp thiết bị chống thấm bị hỏng Ta tính thấm cho trờng hợp thứ Thợng lu MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 144 - 104 = 40(m) Hạ lu mực nớc min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 108,5 - 104 = 4,5(m) Thiết bị thoát nớc chọn loại lăng trụ Sơ đồ đập có tờng nghiêng + chân a) Xác định lu lợng thấm: Dùng phơng pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nớc ao cuối dòng thấm, lu lợng thấm q độ sâu h3 sau tờng nghiêng xác định từ hệ sau: h 12 h 32 Z 20 h h q = K + T t 2. sin h 32 h 22 ( h h )T q = Kd + kn 2(L mh ) L m' h + 0,44 T Trong đó: Hệ số thấm đập: Kđ = 10-5 m/s Hệ số thấm thiết bị chống thấm K0 = 4.10-9 m/s Hệ số thấm Kn = 10-6m/s : Chiều dày trung bình tờng nghiêng = 3m t: Chiều dày trung bình chân t =12m h1 = 40 m h2 = 8,5m m: Hệ số mái thợng lu =4 m: Hệ số mái lăng trụ hệ thoát nớc =1,5 n : Hệ số điều chỉnh chiều dài đờng thấm =0,44T Z0 = cos = 3.cos14o2 = 2,91(m) L = 45 x + + 10.3,5 + 4.2 + 2.12.3,5 -1,5 x 1,5 = 310,75(m) sin = sin 14o2 = 0,2425 Thay giải hệ phơng trình: 40 h 32 2,912 40 h q = 4.10 + , 2425 12 2 h 8,5 ( h 8,5)310,75 q = 10 + 10 2(310,75 h ) 310,75 1,5.8,5 + 0,44.3 Dùng phơng pháp thử dần: h3 = 16.1(m) q = 3,74.10-6(m/s) b) Phơng trình đờng bão hòa: h 32 h 22 16,12 8,5 2 x = 16,1 Y = h3 x = L m.h 310,75 4.16,1 c) Kiểm tra độ bền thấm: - Với thân đập cần bảo đảm điều kiện: J dK [ J dK ] Trong đó: 259,21 0,76.x Jkđ = h3 h2 16,1 8,5 = = 0,027 L m.h 310,75 4.8,5 [Jkđ] phụ thuộc vào laoi đất đắp đập cấp công trình theo Trugaep Tra phụ lục P3-3 ta đợc [Jkđ] = 0,55 Vậy Jkđ < [Jkđ] Do đảm bảo ổn định thấm đập - Với đập cần đảm bảo điều kiện: Jkn [Jkn] Trong đó: Jkn = h3 h2 16,1 8,5 = = 0,025 L m'.h + 0,44 T 310,75 1,5.8,5 + 0,44.3 [Jkn] phụ thuộc loại đất cấp công trình lấy theo Trugaep Tra bảng P3-2 ta đợc [Jkn] = 0,22 Vậy Jkn [Jkn] Nên đảo bảo ổn định thấm III/ Tính thấm cho mặt cắt sờn đồi : Sơ đồ mặt cắt sờn đồi đập nèn không thấm, hạ lu nớc, thoát nớc kiểu áp mái Sơ đồ thấm nh sau Các thông số: - Theo địa hình ta chọn đợc cao trình đáy để tính thấm cho mặt cát sờn đồi 124(m) - Do h1 =144-124 =20(m) - Hệ số mái m1 = m2 = 3,5 (thợng lu) (hạ lu) + L = (149 -124 ).(4+3,5) + 6+4 = 197,5m + Hệ số thấm đập: Kđ = 10-5m/s + Hệ số thấm thiết bị chống thấm Ko = 4.10-9m/s + : Bề dày trung bình tờng nghiêng = 3m a) Lu lợng thấm: Theo phơng pháp phân đoạn, lu lợng thấm q độ sâu h3, ao đợc xác định từ hệ sau: h 32 a 20 q = K d 2(L m h m a ) a0 q = K d m + 0,5 h 12 h 32 Z 20 q = K sin Thay số ta đợc: a0 = 0,744(m) h3 = 8,187(m) q = 0,186.10-5m/s b) Đờng bão hòa: Trong hệ trục nh hình vẽ, phơng trình đờng bão hoà có dạng: 2q x = 67,03 0,372.x y = h3 kd c) Kiểm tra độ bền thấm: Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ [Jkđ] Trong đó: h3 8,187 = = 0,05 Jkđ = L m h 197,5 4.8,187 Vậy Jkđ < [Jkđ] Vậy độ bền thấm đợc đảm bảo Phần V Tính toán mái đập I/ Trờng hợp tính toán Theo quy phạm, thiết kế đập đát, cần kiểm tra ổn định trờng hợp sau: Cho mái hạ lu Khi thợng lu MNDBT, hạ lu chiều sâu nớc lớn xảy ra, thiết bị chống thấm thoát nớc làm việc bình thờng (tổ hợp bản) - Khi thợng lu có MNDGC, làm việc bình thờng thiết bị thoát nớc bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt) Cho mái thợng lu - Khi mực nớc hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nớc thấp xảy (cơ bản) - Khi mực nớc thợng lu cao trình thấp (nhng không nhỏ 0,2H đập) tổ hợp - Khi mực nớc hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nớc thấp xảy (tổ hợp đặc biệt) II/ Tính toán ổn định mái phơng pháp cung trợt Tìm vùng có tâm trợt nguy hiểm Sử dụng phơng pháp: a) Phơng pháp Filennít Tâm trợt nguy hiểm nằm lân cận đờng MM1 nh hình vẽ 0 Tra bảng (4-1) với m=3,5 ta có = 36 ; = 25