ĐỒ án môn học THỦY CÔNG THIẾT kế đập đất đề 21b

A. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I. Nhiệm vụ của công trình: L¬ưu vực của dòng sông S là một vùng đất rộng lớn. Mà nhu cầu về nư¬ớc của vùng này rất lớn. Do vậy vấn đề cấp nư¬ớc cho sản xuất là rất cần thiết. Chính vì vậy ta phải tạo ra một hồ chứa H trên sông S. Hồ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp n¬ước t¬ới cho 2650 ha ruộng đất canh tác và kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, cấp nư¬ớc phục vụ sinh hoạt cho 5000 dân và tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch. Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu mối đó là: 1. Một đập chính ngăn sông. 2. Một đ¬ường tràn tháo lũ. 3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước.

Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau đây:

1 Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác

2 Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân

3 Kết hợp nuôi cá ở lòng, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch

II Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối :

1 Một đập chính ngăn sông

2 Một đường tràn tháo lũ

3 Một cống đặt dưới đập để lấy nước

III Tóm tắt một số tài liệu cơ bản :

1 Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập

2 Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ; chỉ tiêu cơ lý ở của lớp bồi tích lòng sông

cho ở bảng 1 Tầng đá gốc rắn trắc , mức độ nứt nẻ trung bình lớp phong hoá dầy 0,5- 1 m

Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1

Điều kiện khai thác bình thường

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

b) Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn , chất lượng đảm bảo đắp đập , lát mái :

Một số chỉ tiêu cơ lý :  =32o ; n =0,35 ( của đống đá ) ; k = 2,5 T /m3 (của hòn đá )

c) Cát , sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông ; cự ly xa nhất là 3km trữ lượng đủ làm tầng lọcCấp phối như ở bảng 2

Bảng1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu

Loại

HS rỗngn

Độ

ẩm W%

(T/m3)

k(m/s)

Tự nhiên

Bão hòa

Tự nhiên

Bão hòaĐất đắp đập

20

221824

23

173026

20

132722

3,0

5,001,0

2,4

3,000,7

1,62

1,581,601,59

0,050,353,00

0,080,405,00

4 Đặc trưng hồ chứa và các thông số kỹ thuật:

- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3

- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m

- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =2,5km ; ứng với MNDGC: D’ = 2,8km

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua

Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất

+ Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + 3 = 140 +3 = 143 (m)

B NỘI DUNG THIẾT KẾ

II Bản vẽ

- Mặt bằng đập

- Cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu);

- Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thềm sông;

- Các cấu tạo chi tiết

BÀI LÀM

A NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

I Nhiệm vụ của công trình:

Lưu vực của dòng sông S là một vùng đất rộng lớn Mà nhu cầu về nước của vùng này rất lớn Do vậy vấn đề cấp nước cho sản xuất là rất cần thiết Chính vì vậy ta phải tạo ra một hồ chứa H trên sông S Hồ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác và kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, cấp nước phục vụ sinh hoạt cho 5000 dân vàtạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch

Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu mối đó là:

IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

Từ mặt cắt địa chất tuyến đập B Zđáy đập = 52 m (có kể đến bóc bỏ 50cm = 0,5 m )

Vậy chiều cao đập

- Hệ số tin cậy Kn : Tra bảng P1-6 ta có Kn = 1,20

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (14TCN 157-2005) tương ứng với P = 2%

 và h’ : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;

hsl và hsl’ : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

a và a’: Độ vượt cao an toàn

Xác định hs1%

- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H  0,5 

- Tính các giá trị không thứ nguyên gt gD, 2

2 2

9,81.6.3600

6621,75 32

9,81.2200

21, 08 32

1,0

gh V gt V

Vậy sóng là sóng nước sâu

Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau :

Tra K4 : ta có 1%

16,6

8, 431,97

 s góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió

tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy ‘

s = 0 cos‘ =1thay các số vào công thức ta tính được h’

Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H’  0,5 ’ )

Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :

'

9,81.6.3600

1367015,5

1,6

gh V gt V

Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5'

H’ = 32 > 0,5 10 = 5 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết

Tính h’s1% = K1%.h,

Trong đó:

Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng

- Tra bảng P2-4 bằng cách nội suy ta được K’3 = 1,18 (Vgió = (20>15,5m/s > 10m/s)

- Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số 1%

''S

Chiều cao đập H = Zđ - Zđáy = 86 -52 = 34(m).

- Đập cao 34m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu

- Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m

- Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m Lấy Bcơ = 3m

+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm)

+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng

- Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ

Theo đề bài hình B đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 14m do lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 0,5 m

 chiều dầy thực của tầng thấm là T = 15 - 0,5 = 14,5m > 5m Ta chọn phương án: Dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng sân phủ

1 Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:

a) Chiều dày tường nghiêng

- Trên đỉnh:  1 0,8m.Chọn  1 1m

- Dưới đáy: 10H   H5

Trong đó: H- Là cột nước lớn nhất

H = Hmax = MNDGC - Zđáy = 84 – 52 = 32 (m) => 3, 2 6, 4

b) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu

Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng  cao trình đỉnh đập đất

c) Chiều dày sân phủ

IV Thiết bị thoát nước thân đập.

Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập

1 Đoạn lòng sông:

- Hạ lưu có nước

- Chiều sâu nước hạ lưu:

HHL max = MNHLmax - Zđáy = 60,3 - 52 = 8,3 m

HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 58 -52 = 6 m

Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta

chọn thoát nước kiểu lăng trụ

- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2)m

Chọn 1,7m

- Do đó chiều cao lăng trụ hlt = 8,3 + 1,7 =10(m)

- Bề rộng đỉnh lăng trụ b2m chọn b = 3m

- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5

Hình 1

2 Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu không có nước Ta chọn thoát nước kiểu áp

- Xác định đường bão hòa trong đập

- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền

2 Các trường hợp tính toán:

Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập

- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng

- Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng

- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột

- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường

- Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng

Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất

Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 81 – 52 = 29(m)

Hạ lưu là mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 58 - 52 = 6 (m)

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

II Tính thấm cho mặt cắt lòng sông

Sơ đồ như hình vẽ :

h3 = 9,65 (m)

q = 1,54.10-6(m/s)

b) Phương trình đường bão hòa:

x h m L

h h

h

. 3

2 2

[Jk ] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep

Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha

ta được [Jk ] = 0,65

Vậy Jk < [Jk] Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập

- Với nền đập cần đảm bảo điều kiện:

[Jk ] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep Tra bảng P3-2 tra theo loại đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [Jk] = 0,25.

Vậy Jk  [Jk] Nên nền đảo bảo ổn định thấm

III Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi :

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

- Các thông số:

Theo địa hình ta chọn được cao trình đáy để tính thấm cho mặt cắt sườn đồi là 75(m)

dã bóc bỏ đi 0,5 m Ta có sơ đồ thấm như sau :

- Do đó h1 =81 -75 = 6(m)

- Hệ số mái m1 = 4 (thượng lưu)

m2 = 3,5 (hạ lưu)+ Z0 = .cos = 3.cos14o2’ = 2,91 (m)

a) Lưu lượng thấm:

Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, ao được xác định từ hệ sau:

Thay số ta được bằng phương pháp thử dần ta được các giá trị sau:

a0 = 0,12(m)

h3 = 2,4 m

q = 3.10-7m/s

b) Đường bão hòa:

Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng:

Vậy Jk < [Jk] [Jk] tra ở trên

Vậy độ bền thấm được đảm bảo

2 2

3 0

1 3 2 0 0

Theo quy phạm, khi thiết kế đập đát, cần kiểm tra ổn định các trường hợp sau:

1 Cho mái hạ lưu.

- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)

- Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổhợp đặc biệt)

2 Cho mái thượng lưu

Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (cơ bản)

- Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập) tổ hợp cơ bản

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp đặc biệt)

II Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt.

1 Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.

b)Phương pháp Fanđeeps

Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ

Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập Hđ, tra ở bảng 6-6 giáo trình thủy công Với m = 3,5

R/H = 3,025  R = (R/H).H = 3,025.34= 102,85(m)

r/H = 1,25  r = (r/H).H = 1,25.34 = 42,5 m

Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB Trên đó ta giả thiết các tâm O1, O2, O3 Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định

K1, K2, K3 cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác định được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng MB Từ vị trí của tâm O ứng với

Kmin đó kẻ đường thẳng N-N vuông góc với đường MM1 Trên đường N-N ta lại lấy các tâm

O khác vách các cung cũng đi qua điểm Q1 ở chân đập Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K, theo tâm O ta xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập.Với các điểm

Q2, Q3 ở trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số Kmin tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với các điểm ra của cung Qi ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1 ở chân đập

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

Theo công thức của Ghecxevanốp: Với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm

Sơ đồ hình:

Chia khối trượt thành các dải có số dảI là n

chiều rộng mỗi dảI là b

trong đó b được xác định như sau : b = R/m

trong đố m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 20}

Trong đó: n;c n Là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.

hi: Là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là i

(ivới đất trên sân nền bão hòa: Lấy γi

tn ; còn dưới đất đường bão hòa lấy theo i

bh)Các thông số tính toán:

γ

o = γ

wđập = γ

kđập(1 + w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944(T/m3)γ

1 = γ

bhđập = γ

kđập +n.γ

n = 1,62 + 0,35.1 = 1,97(T/m3)γ

2 = γ

bhnền = γ

knền +n.γ

n = 1,59 + 0,39.1 = 1,98(T/m3)γ

3 = γ

wthiết bị thoát nước =γ

kđá = 2,5(T/m3)γ

4 = γ

bhthiết bị thoát nước = γ

kđá +n.γ

n = 2,5+0,35.1 = 2,85(T/m3)

ho: Chiều cao từ mái đập đến đường bão hòa

h1: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập

h2: Chiều cao từ đáy đập đến đáy cung trượt

h3: Chiều cao từ mái và đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa

h4: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước)

- ứng với tâm O1 và điểm giũa thiết bị thoát nước Q ta có bán kính R1, bế rộng dải là

b1 = R1/ m

- ứng với tâm O 2 ta có cung trượt bán kính R2 và bề rộng dải

b 2 =R2/mTương rự cho các cung trượt O3 ; O4 ; O5

Kết quả tính toán ở các Bảng 1,2,3,4,5:

Ta được Kmin min = 1,78

Sơ đồ tính ổn định của cung 01

R=103,22m

m=10

b=10,32m

Bảng 1

Wn)tg n

Sơ đồ tính ổn định của cung 02

R=105,8m

m=10

b=10,58m

Bảng 2

Wn)tg n

Sơ đồ tính ổn định của cung 03

R=108,4m

m=10

b=10,84m

Bảng 3

Wn)tg n

Sơ đồ tính ổn định cho cung 04

R=108,8m

m=10

b=10,88

Bảng 4

Wn)tg

Sơ đồ tính ổn định cho cung 05

R=102,7

m=10

b=10,27

Bảng 5

Wn)tg n

3) Đánh giá tính hợp lý của mái:

Mái đập đảm bảo an toàn về trượt phải thoả mãn điều kiện đối với công trình cấp II và tổ hợptải trọng chủ yếu:

Kmin > [K] = 1,3

Vậy số liệu đã chọn đập là hợp lý

E Cấu tạo chi tiết

I Đỉnh đập.

Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần phủ một lớp dăm sỏi dày 20(cm)

để bảo vệ mặt đỉnh đập làm về hai phía với độ dốc i = 3% để thoát nước mưa

II BẢO VỆ MÁI ĐẬP.

1 Mái thượng lưu.

Hình thức bảo vệ mãi thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố của sóng và khả năng cung cấp vật liệu Khi tính toán lớp bảo vệ mái cần dựa vào chiều cao sóng lớn nhất ứng với vận tốc gió lớn nhất

(hs = 3,06 m)

Ta có hs > 1,25m Do vậy ta chọn hình thức bảo vệ mái thượng lưu bằng các tấm đá xây, bề rộng mỗi tấm là B =1,5m Bề dày tấm xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi và lật theo công thức:

hb: Chiều dày tấm đá vây

: Góc nghiêng giữa mái đập và mặt nằm ngang (=1402’)

III NỐI TIẾP ĐẬP VỚI NỀN VÀ BỜ

1 Nối tiếp đập với nền.

Ta bóc một lớp dày 0,3-1(m) Trên mặt nền vì lớp phong hóa này thấm nước mạnh Khi đất đắp đập và đất nền khác nhau cần làm các chân răng ổn định công trình

2 Nối tiếp đập với bờ.

- Tại chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải nằm cắm sâu vào đá ít phong hóa, khi tầng không thấm nằm sâu trong bờ phải cắm thiết bị chống thấm vào một khoảng nhất định

- Mặt nối tiếp thân đập với bờ, không đánh cấp, không làm quá dốc, không cho phép làm dốc ngược

F KẾT LUẬN

Tổng kết lại quá trình làm đồ án em đã tính toán thiết kế được một số công việc sau:

- Thiết kế được các kích thước cơ bản của đập đất

- Tính thấm ở hai mặt cắt đại diện:

+ Mặt cắt lòng sông

+ Mặt cắt sườn đối

- Tính ổn định cho mái đập trong trường hợp: xét ổn định mái hạ lưu ứng với mức nước thượng lưu là MNDBT và mục nước hạ lưu là mực nước max

- Tính toán được các cấu tạo chi tiết đập đất Trên đây chỉ là một số công tác chủ yếu trong thiết kế đập đất Ngoài ra còn rất nhiều phần tính toán nữa mà trong phạm vi đồ án này không thể nào giải quyết được như:

+ Tính thấm cho nhiều cho nhiều mắt cắt nữa

+ Tính ổn định trượt mái đập trong một số trường họp nữa

- Trong qúa trình tính toán mặc dù em đã cố gắng nhưng không thể tránh khỏi sai sót Em kính mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô để em rút kinh nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội ngày 16 tháng 01 năm 2010

Sinh viên thực hiên

Lê Sĩ Cường