Đồ án Thủy công Đề số 33

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỀ SỐ: 33C A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nước H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: Cấp nước tưới cho 2.650 ruộng đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 5.000 dân Kết hợp nuôi cá long hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch II Các công trình chủ yếu đầu mối: Một đập ngăn sông Một đường trán tháo lũ Một cống đặt đập để lấy nước III Tóm tắt số tài liệu: Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng Tầng đá gốc rắn mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày từ 0,5÷1m Vật liệu xây dựng: a) Đất: Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000 m 3, cự ly 800 m); B (trữ lượng 600.000 m3, cự ly 600 m); C (trữ lượng 1.000.000 m 3, cự ly km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, Thấm nước tương đối mạnh, tiêu bảng 1, Điều kiện khai thác bình thường Đất sét khai thác vị trí cách đập km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b) Đá: Khai thác vị trí cách công trình km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lý: ϕ = 32 o ; n = 0.35 (của đống đá); γ K = 2,5T / m3 (của đá) c) Cát, sỏi: Khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối bảng Bảng : Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu Loại Đất đắp đập (chế bị) Sét (chế bị) Cát Đất HS rỗng n Độ ẩm W% 0,35 20 0,42 0,40 0,39 22 18 24 ϕo Tự nhiên 23 17 30 26 Bão hoà 20 13 27 22 C (T/m2) Tự Bão nhiên hoà 3,0 2,4 5,0 0,0 1,0 3,0 0,0 0,7 γK (T/m ) K (m/s 1,62 10-5 1,58 1,60 1,59 4.10-9 10-4 10-6 SV: Lương Thành Nam Trang Bảng : Cấp phối vật liệu đắp đập d (mm) Loại Đất thịt pha cát Cát Sỏi D10 D50 D60 0,005 0,05 0,5 0,05 0,35 3,0 0,08 0,40 5,0 Đặc trưng hồ chứa: - Các mực nước hồ mực nước hạ lưu: Bảng - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn Hmax = 3,0m - Vận tốc gió tính toán ứng với mực nước đảm bảo P% P% 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D Bảng 3; ứng với MNDGC: D’= D+0,3km - Đỉnh đập đường giao thông chạy qua Tài liệu thiết kế cống: - Lưu lượng lấy nước ừng với MNDBT MNC (Qtk ): Bảng - Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Bảng - Tài liệu kênh chính: Hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; độ dốc đáy kênh: i=(3÷5)x10-4 B NỘI DUNG THIẾT KẾ I Đập đất: Thuyết minh: - Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập; - Xác định kích thước đập; - Tính toán thấm ổn định; - Chọn cấu tạo chi tiết Bản vẽ: - Mặt đập - Cắt dọc đập (hoặc diện hạ lưu) - 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 (1) 33 Sơ đồ (2) C Mực nước hạ lưu (m) D (km) MNC (m) MNDBT (m) Bình thường Max Khi MNC (Qtk) Khi MNDBT Mực nước đầu kênh (m) (3) 3.0 (4) 113.5 (5) 139.5 (6) 111 (7) 113.5 (8) 4.6 (9) 4.3 (10) 113.29 Đặc trưng hồ chứa Qcống (m3/s) SV: Lương Thành Nam Trang THUYẾT MINH TÍNH TOÁN A NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nước H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: Cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp cho 2.650 ha, cấp nước phục vụ sinh hoạt cho 5.000 dân Ngoài kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch Để phục vụ nhiệm vụ cần tính toán giải thành phần công trình mối sau: 1.Thiết kế đập ngăn sông 2.Thiết kế đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác 3.Thiết kế cống lấy nước đập để lấy nước tưới Ngoài để phục vụ tưới cấp nước sinh hoạt thuận lợi, việc thiết kế hệ thống kênh mương công trình kênh không phần quan trọng cho việc thiết kế tuyến đập II Chọn tuyến đập: Dựa vào bình đồ khu đầu mối cho đầu bài, ta thấy: - Về điều kiện địa hình chọn tuyến C - C làm tuyến đập hợp lý hai điều kiện +Tuyến xây dựng đập ngắn +Hai vai đập hai triền đồi vững Điều dẫn đến việc khối lượng đắp đập nhỏ, việc xử lý phần tiếp giáp hai vai đập đơn giản, kinh phí xây dựng thấp - Về điều kiện địa chất, theo tài liệu khảo sát địa chất tuyến đập C - C cho đầu ta thấy: + Hai bên thềm sông lớp tàn tích, có chiều dày trung bình – m, bóc dể dàng + Giữa lòng sông lớp phủ bồi tích có chiều dày trung bình 10 – 15 m + Phía lớp bồi tích tàn tích đá gốc rắn Độ nứt trung bình lớp phong hóa dày từ 0,5m – 1m, xem tầng không thấm nước + Về vật liệu xây dựng sử dụng vật liệu địa phương như: đất, đá, cát, sạn , khai thác trữ lượng lớn, cự ly vận chuyển gần Như vậy, việc chọn tuyến đập theo C - C phù hợp với điều kiện kinh tế đất nước, mức đầu tư thấp đảm bảo mặt kỹ thuật III Chọn loại đập: Căn vào điều kiện địa hình, địa chất vật liệu xây dựng phương án hợp lý xây dựng đập đất: - Dùng vật liệu chỗ, tiết kiệm vật liệu quí sắt, thép, xi măng Công tác chuẩn bị trước xây dựng không tốn nhiều công sức loại đập khác - Cấu tạo đập đất đơn giản, yêu cầu không cao, giá thành hạ - Bền chống chấn động tốt - Dễ quản lý, tôn cao, đắp đầy thêm - Về điều kiện địa chất: ổn định, lớp bồi tích lòng sông lớp phủ tàn tích dày, phân bố tương đối đồng đều, nên việc xây dựng đập đất thuận lợi - Về vật liệu xây dựng: trữ lượng đất dùng để đắp đập lớn, cự ly vận chuyển gần có hệ số thấm K nhỏ (10-5 m/s) SV: Lương Thành Nam Trang + Bãi vật liệu A: Trữ lượng 800.000 m3, cự ly 800 m + Bãi vật liệu B: Trữ lượng 600.000 m3, cự ly 600 m + Bãi vật liệu C: Trữ lượng 1.000.000 m3, cự ly 1.000 m Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, điều kiện khai thác bình thường Các tiêu bảng 1: + Đất sét dùng để làm thiết bị chống thấm khai thác vị trí cách đập 4km (trữ lượng đủ làm) + Đá xây dựng khai thác vị trí cách công trình km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập lát mái Một số tiêu lý: ϕ o= 320; n = 0,35 (của đống đá); K = 2,5 T/m (của đá) + Cát sỏi khai thác bãi dọc sông, cự ly xa km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Với số liệu điều kiện phân tích trên, ta chọn phương án xây dựng đập đất hợp lý IV Cấp công trình tiêu thiết kế: Cấp công trình: Cấp công trình xác định từ điều kiện sau: a) Theo chiều cao công trình loại nền: - Để xác định chiều cao đập, sơ cao trình đỉnh đập sau: ∇ đđ = MNLTK + d với d = (1,5÷ 3) m; chọn d = m MNLTK = MNDBT + Hmax = 139,5 + = 142,5 m Trong đó: +MNLTK: mực nước lũ thiết kế +MNDBT: mực nước dâng bình thường (lấy theo tài liệu đề 33 thiết kế đập đất cống ngầm MNDBT = 139,5 m) + Hmax: cột nước đỉnh tràn tự động (tài liệu thiết kế Hmax = m) + Cao trình đỉnh đập: ∇ đđ = 142,5+ = 145,5 m Tính chiều cao đập: Hđ = ∇ đđ - ∇ đáy = 145,5 – 105 = 40,5 m Tra bảng QCVN 04-05:2012 với 25 m < Hđ = 40,5 m < 75 m , đập đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình:nền loại A→công trình thuộc cấp II b) Theo nhiệm vụ công trình vai trò công trình hệ thống (chủ yếu hay thứ yếu) Tra bảng QCVN 04-05:2012 với hệ thống thủy nông tưới 2.650 ha, công trình thuộc cấp III Kết luận: Ta chọn cấp công trình thuộc cấp II Các tiêu thiết kế: Từ cấp công trình ta xác định tiêu thiết kế sau: - Tần suất lưu lượng, mức nước lớn để tính ổn định kết cấu công trình tra bảng QCVN 04-05:2012 P =1% - Tra bảng QCVN 04-05:2012 ta Kn = 1,15 - Tần suất gió lớn gió bình quân lớn tra bảng (TCVN 8216:2009) tương ứng với P = 2% P = 25% Theo quan hệ tài liệu P = 2% → V = 32 m/s : MNDBT SV: Lương Thành Nam Trang P = 25% → V = 15,5 m/s : MNLTK - Độ vượt cao đỉnh đập đỉnh sóng theo bảng (TCVN 8216:2009) : a = 1,2 m; a’= m ; a’’= 0,3 m - Hệ số an toàn ổn định trượt với tổ hợp đặc biệt, theo bảng (TCVN 8216:2009) là: 1,35; đặc biệt: 1,15 B CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT I Đỉnh đập: Cao trình đỉnh đập: Được xác định từ mực nước MNDBT MNLTK, MNLKT Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a(a) Z2 = MNLTK + ∆h' + hsl’ + a’ (b) Z3 = MNLKT + a’’ (c) với MNLKT = MNLTK + 0,7 m Trong đó: - ∆h ∆h’ : độ dềnh gió ứng với gió tính toán lớn gió bình quân lớn - hsl hsl’ : chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn gió bình quân lớn - a, a’ : độ vượt cao an toàn a) Xác định ∆h hSL ứng với gió lớn Vmax - Xác định ∆h theo công thức: ∆h = 2.10-6 V D cosαs g H Trong đó: V : Vận tốc gió tính toán lớn V = 32 (m/s) D: Đà gió ứng với MNDBT D = km = 3.000 m g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2 H : Chiều sâu cột nước trước đập ứng với MNDBT H = ∇ MNDBT - ∇ đáy = 139,5 – 105 = 34,5 m αs góc kẹp trục dọc hồ hướng gió, để đảm bảo an toàn lấy αs = → cosαs=1 → ∆ h = 2.10 -6 32 × 3.000 x = 0,018 m 9,81 × 34,5 - Xác định hsl: Theo QPTL C1-78 Chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định sau: hsl 1% = K1.K2.K3.K4.Kα.hs 1% Trong đó: hsl 1% : chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% K1 , K2, K3, K4 hệ số − + Giả thiết trường hợp xét sóng nước sâu H > 0.5 λ + Tính đại lượng không thứ nguyên gt gD V V Với t : thời gian gió thổi liên tục (sec) Ở tài liệu, ta lấy t = (đối với hồ chứa) SV: Lương Thành Nam Trang gt 9,81x6 x3600 = = 6.621,75 V 32 gD 9,81x3000 = = 28,74 V2 32 +Theo đường cong bao đồ thị xác định yếu tố sóng hình P2-1, phụ lục 2, chọn trị số nhỏ trị số tra được, từ xác định : − 32 v2 − gh = 0,01 → h = 0,01 x g = 0,01 x 9,81 = 1,04 m V2 − 32 v gτ = 1,1 → τ = 1,1 x g = 1,1 x 9,81 = 3,59 s V − 2 + Tính bước sóng trung bình λ = gx τ = 9,81 × 3,59 = 20,13m xπ × 3.14 − λ 20,13 = = 10,07 m 2 Vậy thỏa mãn theo điều kiện sóng nước sâu với giả thiết ban đầu * Xác định hsl: + Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu theo: H =34,5 m > hs1% = K1% h Trong : K1% tra theo đồ thị hình P2-2, với gD = 28,74 V2 Tra K1% = 2,04 → hs1% = 2,04 x 1,04 =2,12 m - Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3, phụ lục (theo QPTL C1-78), ứng với lớp gia cố mái bê tông có độ nhám tương đối ∆/h1% < 0,002, ta : K1 = 1; K2 = 0,9 - Hệ số K3 tra bảng P2-4, phụ lục (theo QPTL C1-78), ứng với vận tốc gió > 20 m/s hệ số mái mα, chọn sơ mα = 4, ta : K3 = 1,5 λ 20,13 = = 9,5 ; mα = - Hệ số K4 đồ thị P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số hS 1% 2,12 → tra đồ thị P2-3 ta K4= 1,25 - Hệ số K α phụ thuộc vào góc α để thiên an toàn ta chọn α = tra bảng P2-6 ta K α =1,0 → hsl1% = x 0,9 x 1,5 x 1,25 x x 2,12 = 3,58 m b) Xác định ∆h' hsl’ ứng với gió bình quân lớn (V’max) Cách tính tương tự phần a thay Vmax= V max ∆h' = 2.10-6 x V ' x D' x cos α ; ( α = ) g x H' V’: vận tốc gió bình quân lớn V’max= 15,5 m/s D’ đà sóng ứng với MNDGC → D’ = 3+0,3 = 3,3 km = 3.300 m H’: chiều sâu cột nước trước đập với MNLTK (MNLTK = 142,5 m xác định) SV: Lương Thành Nam Trang H’ = ∇ MNLTK - ∇ đáy = 142,5 - 105 = 37,5 m → ∆h' = 2.10-6 x 15,5 x3.300 x = 0,0043 m 9,81x37,5 * Xác định hsl’: h’sl 1% = K1’.K2’.K3’.K4’.Kα’.h’s 1% Trong : - h’s 1% : chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% - K1’, K2’, K3’, K4’, Kα’ : hệ số − Giả thiết trường hợp xét sóng nước sâu H > 0,5 λ ' - Tính đại lượng không thứ nguyên gt gD' '2 V' V + Với t = (đối với hồ chứa) 9,81x6 x3600 9,81x3.300 gt gD' = = 13.670,71 = = 134,75 15,5 15,5 V' V '2 - Tra đồ thị sóng hình P2-1, phụ lục 2, từ xác định : Chọn cặp có trị số nhỏ 0,02 xV ' 0,02 x15,5 g h' h ' = = = , 02 => = 0,49 m g 9,81 V '2 1,7 xV ' 1,7 x15,5 gτ ' = = 1,7 => τ ' = = 2,69 s g 9,81 V' - Tính bước sóng trung bình g τ ' 9,81x 2,69 : λ' = = 11,3 m = 2π x3,14 - Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu : H’ = 37,5 m > λ ' 11,3 = = 5,65 m 2 → Thỏa mãn điều kiện sóng nước sâu giả thiết ban đầu - Tính chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% h’s1% = K’1% h ’ Trong : K’1% tra theo đồ thị hình P2-2 Với gD' = 134,75→K’1%= 2,2 V '2 → h’s1% = 2,2 x 0,49 = 1,08 m -Hệ số K1’ = 1; K2’ = 0,9 -Hệ số K3’ = 1,5 ứng với vận tốc gió > 20 m/s hệ số mái mα = -Hệ số K4’ tra đồ thị hình P2-3, phụ lục 2, ứng với hệ số mái m α = trị số λ' 11,3 h' S 1% = 1,08 = 10,46 →Tra đồ thị P2-3 K4= 1,2 - Hệ số K α phụ thuộc vào góc α để thiên an toàn ta chọn α = tra bảng P2-6 ta K α =1,0 SV: Lương Thành Nam Trang h’sl 1% = 1x 0,9 x 1,5 x 1,2 x 1,0 x 1,08 = 1,75 m * Xác định chiều cao an toàn: Chiều cao an toàn a đập vào cấp đập điều kiện làm việc chọn theo qui định bảng TCVN 8216:2009 Với MNDBT: a = 1,2 m Với MNLTK: a’ = 1,0 m Với MNLTK: a’’ = 0,3 m + Kết tính toán cao trình đỉnh đập : • Trường hợp tính với MNDBT = 139,5 m Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a = 139,5 + 0,018 + 3,58 + 1,2 =144,30 • Trường hợp tính với MNLTK = 142,5 m Z2 = MNLTK + ∆h' + hsl’ + a’ =142,5 + 0,0043 + 1,75 +1 =145,25 • Trường hợp tính với MNLKT = 143,2m Z3 = MNLKT + a’’ =143,2 + 0,3 =143,5 Kết tính toán ta chọn cao trình đỉnh đập : 146 m Tương ứng chiều cao đập : Hđ = 146 - 105 = 41 m Xác định bề rộng đỉnh đập (B): Chiều rộng đỉnh đập thiết kế theo điều kiện thi công quản lý cho bảo đảm đập làm việc an toàn giá thành thấp Ở theo đề cho đỉnh đập không kết hợp đường giao thông nên chiều rộng đỉnh đập xác định theo kích thước máy móc dùng trình thi công quản lý khai thác nhằm đảm bảo lại, vận chuyển thuận lợi Theo TCVN 8216:2009 đập cấp II chiều rộng đỉnh đập phải từ 10 m trở lên Để cân đối ta chọn B = 10 m II Mái đập đập: Mái đập: Sơ ta định theo công thức kinh nghiệm; sau mái đập xác hóa qua tính toán ổn định mái đập Sơ định hệ số mái sau: - Mái thượng lưu : mt = 0,05 x Hđ + 2,00 = 0,05 x 41 + = 4,05 - Mái hạ lưu: mh = 0,05 x Hđ + 1,5 = 0,05 x 41 + 1,5 = 3,55 Chọn mái : mt = 4,5 mh = 4,0 Cơ đập: SV: Lương Thành Nam Trang - Vì đập có chiều cao Hđ = 41 m > 10 m nên bố trí mái hạ lưu, khoảng cách đập theo chiều cao chọn từ 10 ÷ 20m Bề rộng đập chọn theo yêu cầu giao thông chọn không nhỏ 3m - Ở ta chọn , chiều cao từ đỉnh xuống đến 20m - Chiều rộng : b = 3m, làm rãnh thoát nước đập - Cao trình đập mái hạ lưu 146-20= 126 m - Chọn mái hạ lưu : mh1 = 4,0 ; mh2 = 4,0 Chọn theo TCVN 8216:2009 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 Do đập có tầng thấm dày T = 10 ÷ 20 m ta bố trí thiết bị chống thấm cho đập kiểu tường nghiêng + sân phủ Sơ xác định kích thước sau: Xác định chiều dày tường nghiêng: - Trên đỉnh tường nghiêng : δ1 ≥ 0,6 m → chọn δ1 = 1m - Đáy chân tường: δ ≥ H [J ] Trong đó: + H chênh cột nước lớn trước sau tường chống thấm lưu ứng với mực nước dâng gia cường H = MNLTK- ∇ đáy = 142,5 – 105 = 37,5 m + [J]: Gradien thấm cho phép vật liệu làm tường sân phủ Ở ta chọn vật liệu làm tường sân phủ đất sét ta có [J]đất sét =5÷10 lấy theo TCVN 8216:2009 →δ ≥ H 37,5 = = 3,75m [ J ] 10 Như ta chọn δ = 4m − Như chiều dày trung bình tường nghiêng là: δ = δ1 + δ + = = 2,5m 2 Xác định cao trình đỉnh tường nghiêng: Đối với tường nghiêng cao trình đỉnh tường phải đảm bảo chống thấm MNLTK khoảng chiều cao an toàn a = 0,7 m đập cấp II theo qui định bảng TCVN 8216:2009 Như cao trình đỉnh tường nghiêng cao trình MNLTK+0,7=142,5+0,7= 143,2 m Xác định chiều dài sân phủ: Trị số hợp lý Ls xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm qua đập và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm đất Vậy chiều dài sân phủ lấy L s = (3-6)H , ta chọn L s = 3H= 3x(MNLTK- ∇ đáy) = x (142,5-105) = 112,5 m IV Thiết bị tiêu nước thấm qua đập: - Đoạn lòng sông: hạ lưu đập luôn có nước với số liệu sau: + Cao trình MNHL lớn nhất: 113,5 m → HHL = 113,5 - 105 = 8,5 m SV: Lương Thành Nam Trang Như chọn phận tiêu thoát hạ lưu thân đập kiểu lăng trụ, với cao lớn mực nước hạ lưu 1m + Chọn cao trình đỉnh đống đá tiêu nước là: Z = 114,5 m + Hệ số mái đống đá : m’1 = 1,25; m’2 = 1,5 + Bề rộng đỉnh đống đá : b = 2,50m - Đoạn sườn đồi: trường hợp hạ lưu nước, ta chọn thoát nước kiểu áp mái - Tầng lọc ngược có chiều dày δ cát =0,2m δ đá dăm (1x2) = 0,2m V TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN Mục đích - nhiệm vụ: Tính toán thấm qua đập đất cần xác định: ` - Lưu lượng thấm qua đập đất, sở xác định lượng tổn thất hồ dòng thấm gây để có biện pháp phòng chống thấm - Xác định vị trí đường bão hòa đập, từ tìm áp lực thấm để dùng tính toán ổn định, kiểm tra độ bền thấm đập - Tính toán gradien thấm để đánh giá mức độ xói ngầm cục từ xác định kích thước hợp lý thân đập, kết cấu chống thấm vật thoát nước thành phần tầng lọc Phương pháp tính thấm giả thiết: - Dùng phương pháp thủy lực để tính thấm - Các giả thiết + Lưu tốc dòng thấm tuân theo định luật Đacxy : V = KJ Trong : K: hệ số thấm, J: gradien thấm + Coi dòng thấm ổn định, không xét đến tượng mao dẫn + Bài toán thấm giới hạn toán phẳng: thực tế để tính thấm qua đập dựa vào điều kiện địa hình, địa chất để chia đập với mặt cắt đại diện Từ tính thấm cho mặt cắt đại diện Trường hợp tính toán: Trong thiết kế đập đất cần tính thấm với trường hợp khác nhau: - Thượng lưu MNDBT, hạ lưu MN - Thượng lưu MNLTK, hạ lưu MN max - Thượng lưu mực nước rút đột ngột - Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường * Với đồ án môn học tính toán trường hợp: - Thượng lưu MNDBT, hạ lưu MN - Các mặt cắt cần tính toán: yêu cầu tính với mặt cắt đại diện - Mặt cắt lòng sông (chỗ có tầng thấm dày nhất) - Mặt cắt sườn đồi tả, hữu (đập không thấm) 4.Tính toán thấm cho mặt cắt lòng sông kiểu tường nghiêng, sân phủ: a) Sơ đồ tính toán: SV: Lương Thành Nam Trang 10 Y 10 146 MNDBT:139.5 m= 4,0 114.5 Kd '2 m 105.0 MNHL:113.5 h2 Ko 126.0 h3 m δ =4 m '1 H1= 34.5m m= 4,0 X T Kn Ls = 112.5m L= 273.88m Sơ đồ tính thấm qua lòng sông Với: + h1= 139,5 - 105 = 34,5 m + h2= 113,5 - 105 = 8,5 m + Z0 = 0m + L = 4,5 x 41 + 10 + 3,5 x 15 + + x 11,5 – 8,5 x 1,25 = 273,88 m b)Tính lưu lượng thấm: Ta thấy hệ số thấm tường nghiêng, sân phủ nhỏ nhiều hệ số thấm đập, nên ta áp dụng phương pháp tính lưu lượng thấm gần Pavêlôpxki Bỏ qua lưu lượng thấm tường nghiêng sân phủ Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a 0, ta có hệ phương trình sau để xác định lưu lượng thấm q độ sâu h3 sau tường nghiêng:   (h1 − h3 )T  q = K n   0,44T + Ls + mh3  (1) h32 − h22 (h3 − h2 ).T q = Kđ + Kn 2.( L − m.h3 ) L − m.h3 + 0,44.T − m' h2 (2) Trong đó: h1: chiều cao cột nước trước đập 34,5 m T: chiều dày tầng thấm T = 20 m h2: cột nước hạ lưu đập 8,5 m L: chiều dài từ chân tường nghiêng đến mép mực nước hạ lưu đống đá tiêu nước L = 273,88 m h3: chiều cao điểm đầu đường bão hòa sau tường nghiêng Kđ,Kn : hệ số thấm đập nền: 10-5 , 10-6 m : Hệ số mái thượng lưu, m = 4,5 m’: Hệ số mái thượng đống đá, m’=1,25 Để xác định q ta cần xác định h3 Để xác định h3, ta dùng phương pháp thử dần, cách thay giá trị giả định h3 vào (1) (2) giá trị q phương trình hệ h giá trị cần tìm Ở đây, ta lập bảng tính Exel Sau lập bảng tính thử dần, kết sau : SV: Lương Thành Nam Trang 11 h3 = 25,97 m q = 7,16.10-7 m3/s-m c) Xác định đường bão hòa: Đường bão hòa hệ trục hình vẽ 1, xác định theo phương pháp sau: Y= h32 − h22 h − X L − m1 h3 Ta có bảng tính tọa độ sau: X Y 10 20 30 40 50 75 100 125 25,97 25,22 24,45 23,65 22,83 21,97 19,67 17,06 13,97 150 9,96 175 1,81 d Kiểm tra độ bền thấm: Với đập đất có độ bền thấm bình thường (xói ngầm học, trôi đất) Có thể khắc phục nhờ bố trí tầng lọc ngược thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp thân đập nền) Ngoài cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt, ngăn ngừa cố xảy trường hợp thấm tập trung điểm thân đập hay Với thân đập cần đảm bảo điều kiện sau: J k ≤ [Jk]đ (CT 2-12 sách hướng dẫn đồ án Thủy công) Trong đó: + [Jk]đ = 0,75 Gradien cho phép để kiểm tra độ bền thấm thân đập đất Tra bảng TCVN 8216:2009 với đất đăp thân đập thuộc đất Á sét (công trình cấp II) d J kd = h3 − h2 25,97 − 8,5 = = 0,11 L − mh3 273,88 − 4,5 x 25,97 J kd = 0,11 < [Jk]đ = 0,75 Kết luận : Độ bền thấm qua đập đảm bảo an toàn SV: Lương Thành Nam Trang 12 Với đập cần đảm bảo điều kiện sau : J k ≤ [Jk]n(CT 2-14 sách hướng dẫn đồ án Thủy công) Trong đó: + [Jk]n = 0,4 Gradien cho phép để kiểm tra độ bền thấm đập đất Tra bảng TCVN 8216:2009 với đất đăp thân đập thuộc cát mịn (công trình cấp II) d J kn = h3 - h2 25,97 − 8,5 = = 0,06 L - m'1 ×h2 + 0,44T 273,88 - 1,25 x8,5 + 0,44 x 20 n n ⇒ J k = 0,06< [ J k ] = 0,4 Kết luận : Độ bền thấm đặc biệt qua đảm bảo an toàn Tính toán cho mặt cắt sườn đồi: Ứng với trường hợp hạ lưu nước Chọn mặt cắt sườn đồi có cao trình đáy cao trình hạ lưu 126 m để tính toán a) Sơ đồ tính toán: Y 146.0 10 δ m= m =4 , h3 Ko 126.0 Kd a0 h1=34.5 MNDBT:139.5 X mh3 L=273.88m Sơ đồ tính thấm qua sườn đồi Với: + h1 = 139,5 - 126 = 13,5 m + L = 4,5 x 20+10+ x 20 = 180 m b) Tính toán thấm: Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q, độ sâu h 3, a0 tính theo hệ phương trình sau:  h12 − h32 − Z 02 q = K 2δ sin α   h32 − a02 q = K  d 2( L − mt h3 − mh a0 )   a0 q = K d mh + 0,5  (1) (2) (3) Trong thông số hình vẽ + Z0 = δ1.sinα1=1xsin(12o31’43,71” )= 0,217 SV: Lương Thành Nam Trang 13 + K0 = 4.10-9 hệ số thấm tường nghiêng (lấy theo tài liệu ban đầu đề -Đất đắp tường nghiêng đất Sét) + δ = m độ dày trung bình tường nghiêng + α =arctg(41 : (4,5 x 41))=12o31’43,71” góc nghiêng mái thượng lưu (hình vẽ) + m1; m2 hệ số mái mái thượng lưu mái hạ lưu đập Từ pt (3), ta giả thiết a0 = 2,06 m tính q3 Từ q3 vừa tìm pt (3) thay vào (1) tìm h3 Từ a0, h3 vừa tìm thay vào pt (2), thỏa mãn chọn (q3=q2) Kết tính toán bảng sau: q3(m3/s-m) 0,00000456 0,00000458 0,00000460 0,00000462 a0(m) 2,05 2,06 2,07 2,08 q2(m3/s-m) 0,00000483 0,00000469 0,00000455 0,00000442 h3(m) 14,11983 13,94763 13,77327 13,59668 Với kết tính toán bảng trên, ta xác định : h3= 13,95 m q = 4,6 x 10-6 m3/s-m a0 = 2,06 m Kđ=10-5 (m/s) c) Xác định đường bão hòa: Hệ trục tọa độ sơ đồ tính toán phương trình đường bão hòa có dạng: Y = h32 − 2q X Kd Ta có bảng tọa độ sau : X(m) Y(m) 13,95 20 13,27 50 12,19 75 11,21 100 10,13 120 9,18 150 7,52 200 3,26 210 1,18 SV: Lương Thành Nam Trang 14 d-Kiểm tra độ bền thấm đăc biệt: Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt tính toán theo công thức J Kd < [ J K ] d Với [ J K ] d tra bảng P3-3 [ J K ] d = 0,55 J Kd = h3 13,95 = =0,12 L − m1 h3 180 − 4,5 x13,95 ⇒ J Kd = 0,12 < [ J Kd ] = 0,55 Kết luận : Độ bền thấm đặc biệt đảm bảo an toàn VI TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP Tính toán ổn định mái đập đất phải dựa vào đặc điểm làm việc đập đất, cụ thể cần tính toán trường hợp sau: + Thời kỳ thi công đập vừa đắp xong + Thời kỳ hồ chứa nước với mực nước khác + Trường hợp nước hồ rút nhanh đột ngột Tuy thời gian đồ án kiểm tra ổn định mặt cắt lòng sông ứng vớí trường hợp MNDBT hhmax Tài liệu tính toán: a) Các tiêu đá: ϕ = 320 ; n=0,35 ; γk = 2,50 T/m3 b) Các tiêu lý đất đắp đập: Bảng 2-4-1 CHỈ TIÊU LOẠI Hệ số rỗng (n) Độ ẩm (W %) ( (độ) Bão ẩm hòa C(T/m3) Bão ẩm hòa γk (T/m3) K (m/s) SV: Lương Thành Nam Trang 15 Đất đắp đập (chế bị) Sét (chế bị) Cát Đất 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10-5 0,42 0,40 0,39 22 18 24 17 30 26 13 27 22 5,0 1,0 3,0 0,7 1,58 1,60 1,59 4.10-9 10-4 10-6 c) Đối với mái hạ lưu: Trong trường hợp thượng lưu MNDBT, hạ lưu chiều sâu nước có trị số lớn xảy ra, không lấy lớn 0,2H (H: chiều cao đắp đập) Bộ phận nước làm việc bình thường, thân công trình có dòng thấm ổn định (tổ hợp bản) Trường hợp thượng lưu có MNLTK Thiết bị thoát nước không làm việc bình thường (tổ hợp đặc biệt) d) Đối với mái thượng lưu: - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp xảy (tổ hợp bản) - Khi mực nước thượng lưu cao trình thấp nhỏ 0,2H đập (tổ hợp bản) - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp xảy (tổ hợp đặc biệt) - Trong đồ án giới hạn kiểm tra ổn định cho mái hạ lưu mặt cắt lòng sông, cung trượt tiếp tuyến đá gốc ứng với MNDBT thượng lưu hạ lưu có cột nước cao hhmax Tính toán ổn định mái phương pháp cung trượt: a) Tìm vùng tâm trượt nguy hiểm: Ta sử dụng phương pháp sau: (Phương pháp Filennit : Đề nghị xác định tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM hình vẽ, vị trí M, M1 phụ thuộc vào độ dốc mái Tra bảng (6-5) (giáo trình thuỷ công tập - trang 146) Với hệ số mái hạ lưu trung bình m =3,0 Ta có : α = 350, β=250 Điểm M cách chân đập với tọa độ (4,5 H đ = 4,5 x 40,5 = 182,25 m) tính từ hạ lưu lên thượng lưu (như hình vẽ ) SV: Lương Thành Nam Trang 16 B O3 O2 A O1 M o Q1 M1 (Phương pháp Fanđêep: tâm cung trượt nguy hiểm nằm lân cân hình thang abcd hình vẽ, trị số bán kính r, R phụ thuộc vào hệ số mái m=4,5 chiều cao H đ=40,5 m (tra bảng 6-6 giáo trình thủy công tập 1- trang 147) Với chiều cao đập mặt cắt tính toán Hđ= 40,5 m Tra bảng 6-6 (trang 147 GTTC tập 1) ta có với trung bình hệ số mái hạ lưu mh =4,0 R = 3,75 H r + = 1,5 H + ⇒ R = 3,75 x H =3,75 x 40,5 = 151,88 m ⇒ r = 1,5 x H =1,5 x 40,5 = 60,75 m Kết hợp phương pháp ta tìm phạm vi có khả chứa cung trượt nguy hiểm đoạn AB Trên ta giả định tâm O 1, O2, vạch cung trượt qua điểm Q1 chân đập, tiến hành tính toán hệ số ổn định K1,K2, cho cung trượt tương ứng Vẽ biểu quan hệ Ki Oi ta xác định trị số Kmin ứng với tâm O đường thẳng MM1 Từ vị trí tâm O ứng Kmin kẻ NN vuông góc M1M Trên NN ta lại lấy tâm O khác, vạch cung khác qua điểm Q chân đập Tính K với cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tậm O ta xác định trị số Kmiắcngs với điểm Q1 chân đập Với điểm Q2, Q3 ….ở mặt hạ lưu đập, cách tương tự ta tìm trị số Kmin tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ K imin với điểm cung Qi, ta tìm hệ số an toàn nhỏ Kminmin cho mái đập Trong đồ án tìm Kmin ứng với điểm Q1 chân đập b) Phương pháp xác định hệ số an toàn K cho cung trượt bất kỳ: SV: Lương Thành Nam Trang 17 Theo phương pháp mặt trụ tròn, sử dụng công thức Ghecxêvanốp với giả thiết xem khối trượt vật thể rắn, áp lực thấm chuyển thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt hướng vào tâm Chia khối trượt thành nhiều dải có chiều rộng b, ta có công thức tính toán sau: Σ( N n − Wn )tgϕ n − ΣC n l n K= Σ.Tn Trong : + ϕ, C : góc ma sát lực dính đơn vị đáy dải thứ n + ln : bề rộng đáy dải thứ n + Wn : áp lực thấm đáy dải thứ n (Wn= (γn x hn x ln) + hn : chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy dải n + Nn, Tn : thành phần pháp tuyến tiếp tuyến trọng lượng dải n Gn Nn= Gn x cosαn ; Tn = Gn x sinαn Gn= b ( Σγ i Z I ) +b : chiều dày dải : b=R/m +m : số nguyên lấy từ ÷ 20 Σγ i Z I = γ tnd d Z tnd d + γ bhd d Z bhd d + γ tnda Z tnda + γ bhda Z bhda + γ bhnen Z bhnen (thứ n) Trong đó: + Trọng lượng riêng đất, đá khô lấy kết bảng tài liệu thiết kê + Trọng lượng riêng đất, đá tự nhiên tính sau: γ tn = γ k (1+W) + Trọng lượng riêng đất, đá bão hoà tính sau: γ bh = γ k + nγ n + Trọng lượng riêng nước γn = 1T/m3 + Zi : chiều cao phần dải tương ứng có dung γi + γi: với đất đường bão hòa lấy theo dung trọng tự nhiên, đường bão hòa lấy theo dung trọng bão hòa - Hệ số ổn định cho phép: Theo bảng (TCVN 8216:2009) là: 1,35; đặc biệt: 1,15 + Tổ hợp , K=1,35 + Tổ hợp lực đặc biệt : K=1,15 - Tính toán tiêu lý đất, đá đắp đập: Ngoài tiêu thống kê bảng 2-4-1 ta có tiêu sau: + Trọng lượng riêng đất đắp đập trạng thái tự nhiên bão hoà nước tính sau: γ tndd = γ kdd (1+W) = 1,62 (1+0,2)= 1,944 T/m3 (w% = 20% = 0,2- Độ ẩm) γbh = 1,62+0,35x1 = 1.97 T/m3 (n = 0,35- Hệ số rỗng) + Trọng lượng riêng đất đập trạng thái tự nhiên bão hoà nước tính sau: γ tnnen = γ knen (1+W)= 1,59 (1+0,24)= 1,97 T/m3 (w% = 24% = 0,24- Độ ẩm) γ bhnen = 1,59+0,39x1= 1.98 T/m3 (n = 0,39- Hệ số rỗng) + Trọng lượng riêng đống đá làm vật thoát nước trạng thái tự nhiên bão hoà nước tính sau: γ tnda = γ kda (1+W)= 2,50 (1+0,0)= 2,5 T/m3 (w% = 0% = 0- Độ ẩm) SV: Lương Thành Nam Trang 18 γ bhda = 2,5+0,35x1=2,85 T/m3 (n = 0,35- Hệ số rỗng) c) Tính Kmin cho điểm Q1 (chân đập với nền): Với thượng lưu MNDBT hmax ∇ MNDBT = 139,5 m ∇ MNHL = 113,5 m Để đơn giản việc tính toán Kmin cho điểm Q ta lập bảng tính gọi đại lượng bảng sau : γ1 : dung trọng đất đắp đường bão hoà γ1 = 1,944 T/m3 h1 : chiều cao cột đất đắp đường bão hoà (m) γ2 : dung trọng đất đắp đường bão hoà γ2 = 1,97 T/m3 h2 : chiều cao cột đất đắp đường bão hoà (m) n : độ rỗng đất % ε : hệ số rỗng đất γ3 : dung trọng đất đường bão hoà γ3 = 1,98 T/m3 h3 : chiều cao cột đất đường bão hoà (m) γ4 : dung trọng đá đường bão hoà γ4 = 2.5 T/m3 h4 : chiều cao đống đá đường bão hoà (m) γ5 : dung trọng đá đường bão hoà γ5 = 2.85 T/m3 H5 : chiều cao đống đá đường bão hoà (m) Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O1 (R =114m, m=11, b=10.2 ) B 04 02 A 05 03 01 M o -1 -2 -3 -4 -5 -6 Q1 M1 Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O2 (R =115.5m, m=12, b=9.5 ) SV: Lương Thành Nam Trang 19 B 04 02 A 05 03 01 M o -3 -1 -2 -4 -5 Q1 M1 Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O3 (R =123.5m, m=12, b=10.6 ) B 04 02 A 05 03 01 M o -1 -4 Q1 -2 -3 M1 SV: Lương Thành Nam Trang 20 Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O4 (R =129.5m, m=12, b=11.0 ) B 05 04 03 02 A 01 M o -1 -2 -3 Q1 M1 Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O5 (R=134.5m, m=13, b=10.5 ) B 04 03 02 A 05 01 M o -1 -2 Q1 M1 Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O6 (R=132m, m=13, b=10 ) SV: Lương Thành Nam Trang 21 B 06 03 02 A 05 04 07 01 M o -2 -1 -3 -4 -5 Q1 M1 Sơ đồ tính hệ số an toàn ổn định trượt cho cung O7 (R=113.0m, m=11, b=10.6 ) B 04 06 03 02 A 05 07 01 M o -1 -2 -3 Q1 M1 Biểu đồ quan hệ Ki tâm Oi để xác định Kmin cho điểm Q1 chân đập SV: Lương Thành Nam Trang 22 05 06 04 03 02 07 01 M Q1 M1 C CẤU TẠO CHI TIẾT I Đỉnh đập: Vì mục đích giao thông, nên đỉnh đập thiết kế theo mục đích quản lý khai thác công trình Để thuận lợi cho thi công chống xói lở cho mặt dập + Chọn Bđ = 10 m + Mặt đập đắp cấp phối loại A dày d = 20cm + Độ dốc thoát nước i = 2% II Mái cỏ đập: Mái đập: Để đập ổn định điều kiện làm việc, hệ số mái xác định theo sở vật liệu, tính chất lý vật liệu đất dùng xây dựng đập dựa vào công thức sau: Mái thượng mH = 0,05H + 2 Mái hạ mH = 0,05H + 1,5 Trên sở ta chọn: - Mái thượng lưu : mt =4,5 - Mái hạ lưu : + m1 = 4,0 + Dưới m2 = 4,0 a) Mái đập thượng lưu: Mái thượng lưu thường phải chịu tác dụng sóng, nhiệt độ, lực thấm thủy động mực nước hồ rút nhanh Căn vào tài liệu tính toán sóng, tính ổn định mái khả cung cấp vật liệu chổ, với tài liệu tính toán đồ án, chiều cao sóng lớn tính toán với tần suất gió (hsl1%) SV: Lương Thành Nam Trang 23 Ta chọn lớp bảo vệ mái thượng lưu đá hộc xây theo quy cách ( kích thước ô đá xây dài x rộng = (3 x 3) m Chiều dây lớp đá tính theo công thức:  3 B K γ n hs 1 −  Hb= (γ d − γ n ) cos α   LS  Trong đó:       K = 0,23 γn = dung trọng nước = 1T/m3 γđ = dung trọng đá = 2,55T/m3 S = chiều cao sóng = 1,81m (2.76) m LS= chiều dài sóng = 16.81 m B = ô đá xây = 3,0 m cosα = cos14002’10.48’’ = 0,97 0,23.1,81.1   3,0     = 0,27 m 1 −  ⇒ Hb = (2,55 − 1)0,97   16.81   Chọn chiều dày đá xây bảo vệ mái thượng lưu đập 30cm Lớp đệm làm tầng lọc chọn lớp cát dày 10cm lớp đá dăm 1x2 dày 10cm b) Mái đập hạ lưu: - Để chống xói mưa gây ra, mái hạ lưu chọn hình thức bảo vệ mái trồng cỏ, dể thoát nước mái đập, làm rãnh thoát nước theo mái nghiêng đập với hình thức ô cỏ, rãnh thoát nước xương cá bxH = 20x20cm Rãnh xương cá rải đá dăm để nước mưa chảy tập trung vào rãnh không gây xói - Tại bố trí rãnh tập trung, rãnh thoát nước dọc theo với kích thước 30 x 40cm Trên mặt mái hạ lưu 50m ta xây rãnh thoát nước theo kích thước mặt cắt bxH=(30 x 30)cm Dọc theo đường viền mái đập bố trí rãnh thoát nước vai đập kích thước bxH= (30x40)cm - Thiết bị thoát nước: + Tại vị trí lòng sông bố trí vật thoát nước kiểu lăng trụ + áp mái, cao trình đỉnh đống đá tiêu nước 114,5 m, cao trình đáy 105, b=2.5m, mái đống đá m t=1,25, mh=1.5 Khối lăng trụ xếp đá hộc, phần tiếp xúc đống đá thân đập bố trí tầng lọc ngược Cao trình đá áp mái 105 m + Tại vị trí tiếp giáp mái đập bờ bố trí thoát nước thân đập kiểu áp mái Cơ đập: Bố trí mái hạ cao trình 126 m, chiều rộng B= m III Xử lý tiếp xúc đập với bờ: Trước tiến hành đắp đập, tiến hành bóc phong hóa, dọn lớp phủ thực vật, lớp đất mặt có khả sinh dòng thấm tập trung sinh trượt Theo tài liệu cho trước tầng phong hoá có chiều dày bình quân 1m SV: Lương Thành Nam Trang 24 Sau bóc bỏ đến tầng đá gốc, nhằm kéo dài đường viền thấm để đảm bảo chống thấm cho đập, ta bố trí chân khay Cụ thể chân khay sâu = 5m, chiều rộng 5m, m=1.5./ Ninh Thuận, ngày …… tháng năm 2017 Sinh viên thực Lương Thành Nam SV: Lương Thành Nam Trang 25 ... Với số liệu điều kiện phân tích trên, ta chọn phương án xây dựng đập đất hợp lý IV Cấp công trình tiêu thiết kế: Cấp công trình: Cấp công trình xác định từ điều kiện sau: a) Theo chiều cao công. .. theo đồ thị hình P2-2 Với gD' = 134,75→K’1%= 2,2 V '2 → h’s1% = 2,2 x 0,49 = 1,08 m -Hệ số K1’ = 1; K2’ = 0,9 -Hệ số K3’ = 1,5 ứng với vận tốc gió > 20 m/s hệ số mái mα = -Hệ số K4’ tra đồ thị... đảm bảo an toàn Tính toán cho mặt cắt sườn đồi: Ứng với trường hợp hạ lưu nước Chọn mặt cắt sườn đồi có cao trình đáy cao trình hạ lưu 126 m để tính toán a) Sơ đồ tính toán: Y 146.0 10 δ m= m