ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

SỐ LIỆU BAN ĐẦU Đồ án được giao đề số : 69 Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 69) Địa chất: Bảng SL1. Địa chất nền Tên lớp nền Loại nền Chiều dày(m) 1 2 Sỏi sạn 0,5m 2 6 Á sét 36m 3 7 Sét 80m Bảng SL2. Chỉ tiêu cơ lý của nền đập Loại nền Đường thành phần hạt K Δ ɣtn N Øtn Ctn Øbh Cbh Dhạt P% cms Tm3 Tm3 Độ Tm2 Độ Tm2 2 >2 >50 101÷ 1 2,6÷ 2,7 1,85÷2,1 0,35÷ 0,41 34÷ 38 0 34÷ 38 0 6 >0,005 >50 105÷ 106 2,64÷ 2,68 1,75÷ 1.95 0,37÷ 0,40 18÷ 22 2,5÷ 3,2 18÷ 22 2,5÷ 3,2 7 50 106÷ 108 2,7÷ 2,92 2,66÷ 2,7 0,36÷0,41 18÷ 22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5 Bảng SL3. Tính chất cơ lý của vật liệu đắp đập Loại nền Đường thành phần hạt K Δ ɣtn N Øtn Ctn Øbh Cbh Dhạt P% cms Tm3 Tm3 Độ Tm2 Độ Tm2 7 50 106÷ 108 2,7÷ 2,92 2,66÷ 2,7 0,36÷0,41 18÷ 22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5 Đặc trưng hồ chứa: Bảng SL4. Các mức nước thiết kế và lưu lượng thiết kế MNDBT MNKT MNC MNĐK CTĐS Qtt Qkt m m m m m m3s m3s 121 123,4 108 101,8 92 1377 1967 Bảng SL5. Đường quan hệ giữa lưu lượng và mực nước hạ lưu Zhl(m) 93 95 97 100 102 104 107 112 Q(m3s) 9 103 316 885 1447 2066 3465 7294 Bảng SL6. Tài liệu gió Trường hợp Mực nước dâng bình thường Mực nước kiểm tra Đà gió D (m) DP%=4050 D50%=4320 Vận tốc gió ( ms) WP%=21,6 W50%=16,2  

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY SỐ LIỆU BAN ĐẦU - Đồ án giao đề số : 69 - Địa hình : Bình đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 (bình đồ số: 69) - Địa chất: Bảng SL1 Địa chất Tên lớp Loại Chiều dày(m) 2- Sỏi sạn 0,5m 6- Á sét 36m 7- Sét 80m Bảng SL2 Chỉ tiêu lý đập Loại Đường thành phần hạt K Δ ɣtn Øtn Ctn Øbh Cbh Độ T/m2 Độ T/m2 N Dhạt P% cm/s T/m3 T/m3 >2 >50 10-1÷ 2,6÷ 2,7 1,85÷2, 0,35÷ 0,41 34÷ 38 34÷ 38 >0,005 >50 10-5÷ 10-6 2,64÷ 2,68 1,75÷ 1.95 0,37÷ 0,40 18÷ 22 2,5÷ 3,2 18÷ 22 2,5÷ 3,2 50 10-6÷ 10-8 2,7÷ 2,92 2,66÷ 2,7 0,36÷0,4 18÷ 22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5 Trang:1 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Bảng SL3 Tính chất lý vật liệu đắp đập Đường thành phần hạt Loại - K Δ ɣtn Øtn Ctn Øbh Cbh Độ T/m2 Độ T/m2 18÷ 22 4,5÷5 18÷22 4,5÷5 N Dhạt P% cm/s T/m 50 10-6÷ 10-8 2,7÷ 2,92 T/m 2,66÷ 2,7 0,36÷0,4 Đặc trưng hồ chứa: Bảng SL4 Các mức nước thiết kế lưu lượng thiết kế MNDBT MNKT MNC MNĐK CTĐS Qtt Qkt m3/s m m m m m m3/s 121 123,4 108 101,8 92 1377 1967 Bảng SL5 Đường quan hệ lưu lượng mực nước hạ lưu Zhl(m) 93 95 97 100 102 104 107 112 Q(m3/s ) 103 316 885 1447 2066 3465 7294 Bảng SL6 Tài liệu gió Trường hợp Mực nước dâng bình thường Mực nước kiểm tra Đà gió D (m) DP%=4050 D50%=4320 Vận tốc gió ( m/s) WP%=21,6 W50%=16,2 Trang:2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY PHÂN TÍCH SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 ĐI.ỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1 Điều kiện địa hình lưu vực sông Khu vực công trình nằm vùng địa hình dốc trung bình , dải đồi có chiều cao trung bình trải dọc theo hướng Tây – Đông Tuyến sông dài thẳng chảy theo hướng Nam – Đông Bắc Đầu nguồn sống chảy lòng dẫn tương đối rộng với hai bờ bên sông thấp, lòng sông thu hẹp dần qua dải đồi , vị trí hẹp lòng sông có chiều rộng khoảng 73m, hai bên bờ khu vực có dộ dốc trung bình khoảng 1:3 Về phía hạ lưu dòng sông mở rộng dần, địa hình tương đối thoải Lập đồ khu vực xây dựng công trình tỷ lệ 1:1000 , độ chênh cao đường đồng mức 5m Đường đồng mức cao khu vực 130m, thấp 100m, sông cao trình 92m 1.1.2 a) Điều kiện khí tượng thủy văn Khí hậu lưu vực Các tài liệu mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió… thống kê theo số liệu đo nhiều năm trạm khí tượng thủy văn xung quanh khu vực công trình Nhìn chung, khí hậu lưu vực tương đối thuận lợi cho việc khai thác công tác thi công công trình b) Dòng chảy Dòng chảy vào hồ chứa xác định mô hình tất định mưa – dòng chảy (mô hình TANK), mô hình cho ta chuỗi dòng chảy nhiều năm (20 năm) khu vực tuyến công trình Dựa vào tài liệu dòng chảy lũ trạm thủy văn đặt lưu vực sông, phương pháp tính toán quy đổi khu vực tuyến công trình, ta xác định đường trình lũ với tần suất khác Bằng phương pháp điều tiết lũ, giá trị lưu lượng tính toán lưu lượng tính toán lưu lượng kiểm tra qua công trình tháo lũ xác định: - Qtt = 1377 m3/s Qkt = 1967 m3/s Vận tốc dòng chảy lòng sông nhỏ vận tốc cho phép chống xói mực nước khác c) Trang:3 Quan hệ lưu lượng mực nước hạ lưu ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Tại hạ lưu tuyến công trình, quan hệ lưu lượng với mực nước xây dựng theo công thức thủy lực chảy lòng sông thiên nhiên dựa số liệu mặt cắt: Hình 1.1.1.1.a.1.1 Bảng 1.1.2.1.c.1 Đồ thị quan hệ lưu lượng với mực nước xây dựng Bảng giá trịn mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán: Lưu lượng (m3/s) Mực nước (m) 1.1.3 Qtt Qkt 1377 1967 100 105 Điều kiện địa chất Dựa sở khảo sát, thăm dò toàn khu vực xây dựng công trình số liệu thu kết thí nghiệm cho thấy địa chất khu vực xây dựng công rình bao gồm lớp đất đá phân bố đồng đều: - Trang:4 Lớp 1: lớp sỏi sạn với chiều dày 0,5m; hệ số thấm lớp lớn neen đặt công trình nên lớp đòi hỏi phải có biện pháp chống thấm chân khay tường Trong trường hợp ta bóc lớp đặt công trình lên lớp thứ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY - - Lớp 2: lớp sét dày 36m hệ số thấm nhỏ nên tính chống thấm cho nèn tốt mặt khác tiêu học ø lớn nên ổn định chống trượt tốt.Địa chất thích hợp cho loại đập dâng nước vật liệu địa phương Lớp 3: lớp sét dày 80m 1.1.4 Vật liệu xây dựng Qua khảo sát trữ lượng vật liệu quan vùng xây dựng công trình 1.2 NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH Hệ thống công trình đầu mối có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp nguồn nước phân phối lợi ích giũa ngành, phân phối chi phí cho ngành hợp lý sở nâng cao hiệu sử dụng nguồn nước đến mức cao Dự án xây dựng công trình chủ yếu trữ nước cung cấp nước tưới cho vùng nông nghiệp phía hạ lưu công trình, công trình kết hợp thực nhiệm vụ sau: - Trang:5 Phát điện Nuôi trồng thủy sản, du lịch, cải tạo môi trường… ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 2.1 CHỌN TUYẾN Trong việc thiết kế xây dựng cụm công trình đầu mối , vấn đề chọn tuyến đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng định đến kết cấu cách bố trí công trình cụm đầu mối, ảnh hưởng đến điều kiện thi công quản lý, khai thác, đến hiệu ích dự án công trình cuối đến giá thành dự án Tuyến hệ thống công trình đầu mối sông đồ án bố trí công trình hệ thống đập dâng nước , công trình tháo lũ, công trình lấy nước 2.1.1 Nguyên tắc chọn tuyến • Theo điều kiện địa hình nên chọn tuyến vùng có thung lũng hẹp để có khối lượng nhỏ cần phải đủ chỗ để bố trí công trình • Theo điều kiện địa chất, tuyến công trình nên có địa chất phù hợp với loại công trình để đảm bảo ổn định toàn công trình (lún, trượt, độ bền), phải đảm bảo yêu cầu chống thấm tốt quanh bờ • Theo điều kiện thi công, vùng tuyến cần có đủ mặt bố trí công trình phụ trợ phục vụ cho công tác xây dựng công trình • Đảm bảo dẫn dòng thi công thuận lợi • Gần vị trí có sẵn mỏ vật liệu đáp ứng yêu cầu xây dựng • Theo điều kiện vận hành: điều kiện vận hành thuận tiện, chi phí vận hành nhỏ • Theo điều kiện môi trường, di dân tái định cư: giảm thiểu tối đa mức ngập lụt đất canh tác, di dân, đền bù ít, bảo tồn giá trị văn hoá • Có hiệu tổng hợp cao Trang:6 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 2.1.2 Chọn tuyến xây dựng công trình Chiều rộng đáy sông vào mùa kiệt chỗ hẹp vào khoảng 256,39m, bố trí tuyến chiều dài tuyến khoảng 484,73m Tuyến áp lực chọn vị trí tựa vào hai bờ, có chiều dài tuyến nhỏ, đủ bố trí công trình đầu mối tiện dẫn dòng thi công.Phía thượng hạ lưu tuyến có độ dốc nhỏ hơn, thuận lợi cho việc bố trí công trình phụ trợ cho trình thi công Hình 1.1.1.1.a.1.2 Mặt cắt ngang tuyến đập 2.2 BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 2.2.1 Nguyên tắc chung bố trí công trình • Yêu cầu quản lý kỹ thuật: Mỗi công trình hệ thống phải thoả mãn điều kiện làm việc đồng thời không làm ảnh hưởng đến công trình khác Khi bố trí cần ý đến điều kiện thuỷ lực dòng vào, dòng tránh việc xói lở bờ, vấn đề tháo vật nổi, tháo phù sa… loại công trình, đập tràn, nhà máy thuỷ điện, công trình lấy nước… • Điều kiện kỹ thuật: Công trình thiết kế phải đảm bảo ổn định, độ bền, kích thước công trình tháo đảm bảo đáp ứng yêu cầu khả Trang:7 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY tháo, nối tiếp thượng hạ lưu, chế độ làm việc, vận hành bình thường • Điều kiện kinh tế kỹ thuật: Giá thành công trình phải nhất, hiệu đầu tư cao Bố trí công trình phải tận dụng vật liệu, lao động, tài nguyên khác Như cần tận dụng vật liệu địa phương, ứng dụng loại kết cấu xây dựng công công trình • Điều kiện kỹ thuật thi công: Hình dạng kết cấu cách bố trí công trình cần tiện lợi cho việc tổ chức thi công thời gian ngắn cần đặc biệt lưu ý đến phương pháp dẫn dòng thi công thuận lợi Chú ý lợi dụng công trình phục vụ cho thi công đê quai, đường hầm… làm công trình hệ thống • Những điều kiện khác: Ngoài yêu cầu điều kiện bố trí công trình cần ý đến điều kiện mỹ thuật, kiến trúc tạo cảnh quan đẹp hài hoà Cần ý biện pháp công trình cho hư hỏng quan sát sửa chữa 2.2.2 Bố trí công trình Trên sở phân tích số liệu ban đầu bình đồ khu vực xây dựng, điều kiện địa chất, điều kiện thi công sơ bố trí công trình sau • Đập dâng nước vật liệu địa phương bố trí toàn tuyến • Công trình tháo lũ dạng đường tràn tháo lũ bố trí hai bê bờ, song khu vực bờ trái dự kiến bố trí công trình lấy nước nên bố trí công trình tháo lũ bên bờ phải hợp lý Tuyến đường tràn xác định dựa vào yếu tố thuỷ lực độ dốc cho phép đường tràn đất • Công trình lấy nước bố trí thân đập, nối tiếp sau hệ thống kênh dẫn nước chạy dọc theo bờ sông • Khu phụ trợ (trạm trộn, lán trại, khu tập kết vật liệu ) bố trí hai bên bờ phía hạ lưu Trang:8 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG NƯỚC 3.1 CHỌN LOẠI ĐẬP DÂNG NƯỚC Theo điều kiện địa hình khu vực tuyến công trình rộng tương đối thoải thuận lợi choi việc thi công xây dựng công trình đập dâng nước VLĐP Hơn nữa, địa chất công trình có lớp sét sét nên việc xây dựng đập dâng BTTL không khả thi, phù hợp laoij đập dâng VLĐP Đập dâng nước đập VLĐP, vào địa chất phương án chọn loại đập đề xuất: Đập đất đồng chất 3.2 XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH Cấp công trình số quan trọng định lớn đến kích thước, giá thành công trình Cấp công trình xác định dựa vào yếu tố sau: • Loại đập, chiều cao đập, đập • Năng lực công trình (diện tích tưới) • Dung tích hồ chứa • Do diện tích tưới nên ta xác định cấp công trình theo yếu tố: loại đập, chiều cao đập, loại Cao trình đỉnh đập sơ xác định theo công thức: ∇ dd = MNLN + d Ta có: d: Độ vượt cao đỉnh đập so với MNTL Để xác định cấp công trình theo chiều cao đập sơ lấy d = 2m MNTL = MNKT = 123.4m ∇ dd = 123, + = 125, 4(m) Chiều cao đập lớn trường hợp đập lớp số H max = ∇ dd − CTDS = 125, − 92 = 33, 4(m) Theo bảng 2.2 (trang 5, TCXDVN-285-2002) Nền đập đá chiều cao 33,4 nên cấp công trình cấp III Trang:9 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 3.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ĐẬP DÂNG 3.3.1 Tính toán thông số sóng xác định cao trình đỉnh đập (tính toán cho trường hợp) a) Số liệu ban đầu dùng tính toán Bảng 1.1.1.1.a.2 MNDB T 121 MNKT 123,4 MNC 108 T 21600 s Cao trình đáy sông 92 hệ số mái dốc thượng lưu M1 Kiểu gia cố mái dốc thượng lưu đá lát khan Góc hướng gió với trục đập 0o Bảng 1.1.1.1.a.3 b) Mực nước thượng lưu MNDBT= 121m MNKT= 123,4 Cột nước trước đập H(m) H1= 29m H2= 31,4 Đà gió D(m) D= 4050m D= 4320m Vận tốc gió W W= 21,6m/s W= 16,2m/s Xác định cao trình đỉnh đập Hình 1.1.1.1.a.3.1 Ta tính cho trường hợp: Trang:10 Sơ đồ tính toán cao trình đỉnh đập • ∇ dd = MNTL + d • d = ∆ h + hs1 + a ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY • ∇ dd1 = MNDBT + d1 ; d1 = ∆ h1 + hs11 + a1 • ∇ dd2 = MNKT + d ; d = ∆ h2 + hs12 + a2 Trong đó: - ∆ h1 , ∆ h2 : Độ dềnh mực nước gió ứng với MNDBT MNKT hs11, hs12 : Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT MNKT a1, a2 : Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT MNKT So sánh trường hợp tính toán cao trình đỉnh đập chọn giá trị lớn làm cao trình thiết kế đập c) Xác định độ dâng mặt nước gió ΔH ∆H = 2.10−6.W D cosα G.H Lần lượt thay số vào ta có: - ΔH1 = 0,0133m trường hợp MNDBT - ΔH2 = 0,007m trường hợp MNKT d) Xác định chiều cao sóng leo (HSL) theo quy phạm Xác đinh thông số sóng khu nước sâu cho trường hợp : MNDBT MNKT    w   h1 = 0,16 1−  g   g D −3   + 6.10 w2    ÷ ÷ ÷ ÷              ÷ w2   ÷ h2 = 0,16 1− 0,635   ÷ g   + 1, 04.10−3  g t ÷ ÷    w   ⇒ h = { h1 ; h2 } Trong : - W : Vân tốc gió (m/s) - D : Đà gió(m) - T : Thời gian phát triển gió T=6h λ = Trang:11 g τ 2.π ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 0,625 w  g.h  τ = 19,5  ÷ g w  Bảng 1.1.1.1.a.4 Giá trị h,τ tính toán Số liệu MNDBT MNKT h 0,78 1,1 λ 15,87 12,86 So sánh chọn lấy giá trị h,τ nhỏ TH Chiều cao sóng leo lên mái dốc có tần suất i% tính theo công thức sau: HSL = K1 K2 K3 K4 Hi% Trong đó: - K1 ,K2 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám vật liệu gia cố mái - K3 : Hệ số phụ thuộc tốc độ gió W hệ số mái dốc thượng lưu - K4 : Hệ số phụ thuộc độ dốc sóng - HI%: Chiều cao sóng tính toán ứng với tần suất i% tính theo công thức: H I % = K I % H • Trường hợp tính sóng leo lấy i= 1% • Ki% : tra theo đồ thị ứng với đường cong 1% Bảng 1.1.1.1.a.5 e) Kết tra, tính toán hệ số chiều cao sóng leo Hệ số K1 K2 K3 K4 Ki H1% HSL MNDBT 0,9 1,5 1,92 2,35 1,83 4,74 MNKT 0,9 1,32 1,95 2,43 2,67 6,18 Xác định độ vượt cao an toàn Công trình thuộc cấp III Ta có: Bảng 1.1.1.1.a.6 Độ vượt cao an toàn theo 14TCN 157-2005 Trường hợp tính toán Trang:12 MNDBT= 121 MNKT= 123,4 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Độ vượt cao an toàn A(m) Bảng 1.1.1.1.a.7 0,7 0,2 Kết tính toán cao trình đỉnh đập Trường hợp tính toán MNDBT= 121 MNKT= 123,4 Cao trình đỉnh đập (m) 126,45 129,78 Cao trình đỉnh đập max giá trị Tăng thêm độ an toàn cho đập ta chọn cao trình đỉnh đập 130m 3.3.2 Thiết kế mặt đập (tính cho trường hợp) Lựa chọn hình dạng, kích thước hình thức gia cố mặt đập phải dựa yêu cầu: điều kiện làm việc; đảm bảo điều kiện ổn định đập, yêu cầu giao thông., yêu cầu thi công Trong trường hợp đặc biệt cần phải xét đến an ninh quốc phòng có chiến tranh xảy • Theo yêu cầu cấu tạo điều kiện thi công chiều rộng nhỏ mặt đập theo công thức: Bmin = 0,1.HD = 0,1.38 = 3,8m Trong đó: HDlà chiều cao đập HD = CTDĐ-CTĐS=130-92=38m • Đối với yêu cầu thi công: Chiều rộng mặt đập phụ thuộc vào kích thước máy thi công phạm vi hoạt động nó, nghĩa chiều rộng mặt đập phải đảmbảo cho máy móc sử dụng trình thi công đập công trình khác hệ thống dễ dàng Chiều rộng đỉnh đập tối thiểu Bmin=5m • Theo yêu cầu giao thông ta lựa chọn chiều rộng đỉnh khoảng 10-12m Từ yêu cầu ta chọn chiều rộng mặt đập giá trị B ta chọn B=10m Mặt đập sử dụng làm đường giao thông phục vụ cho giao thông nên mặt đường dải lớp bê tông atphalt Để nước mặt đập (do mưa) dễ dàng chảy xuống, mặt đập cần làm dốc hai phía với độ dốc 2% Dọc theo hai phía mặt đập, cần xây dựng trụ lan can cọc sắt để đề phòng tai nạn cho xe người lại Trang:13 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Thiết kế hình dạng mái dốc kích thước đập (Tính cho hai trường hợp) a) Mái dốc Chọn mái dốc đập phải đảm bảo yêu cầu ổn định trường hợp khai thác thi công Mái dốc thượng lưu thường xuyên chịu tác dụng áp lực nước, áp lực sóng, giảm đột ngột mực nước, áp lực va đập vật Mặt khác đặc trưng vật liệu: góc ma sát trong, lực dính đơn vị C bị giảm đất bão hoà nước gần toàn khu mái dốc thượng lưu, mái dốc thượng lưu thường chọn thoải so với mái dốc hạ lưu Khi xác định mái dốc đập ta dựa vào yếu tố như: loại đập, chiều cao đập, lực tác dụng, đặc tính đất xây dựng đập, đặc tính nền, điều kiện thi công, điều kiện khai thác dựa vào kinh nghiệm đập xây dựng làm việc tốt với điều kiện chiều cao, loại đập địa chất Đối với đập dâng công trình đập đồng chất, vật liệu đắp đập đá đổ ta chọn hệ số mái dốc: • Mái thượng lưu: m1=3 3,25 • Mái hạ lưu: m2=2,75 b) Cơ đập Cơ đập đoạn nằm ngang mái dốc có tác dụng tăng thêm ổn định cho mái dốc, thu thoát nước mưa mái dốc, lại để theo dõi, kiểm tra đập thời gian khai thác Ngoài đập có tác dụng phục vụ thi công đặt máy móc Thông thường 15 – 20m người ta làm cơ, thượng lưu thường đặt thấp mực nước chết đoạn 2H1%, chiều rộng b = 3m để đảm bảo thi công giới dễ dàng.Phía hạ lưu đặt cơ, ta đặt cao trình 112m 3.3.3 Tính chất gia cố cấu tạo mái dốc thượng lưu (Tính toán cho trường hợp) Mục đích chủ yếu việc gia cố mái dốc thượng lưu đề phòng xói sóng gây ra,đồng thời loại trừ tượng nguy hiểm cho mái dốc dông chảy có lưu lượng lớn vào cửa công trinh lấy nước,đất sét thân đập co nở thay đổi nhiệt độ,nước mưa,xói mòn mái dốc,rễ ăn sâu vào thân đập,động vật đào hang…thông thường tính toán lớp gia cố mà đảm bảo ổn định tác dụng Trang:14 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY sóng đồng thời loại trừ nguy hiểm khác,cho neenkhi tinh toan gia cố mái dựa sở lực tác dụng sóng Gia cố mái dốc thượng lưu thường dùng hình thức: -Đá đổ -Đá xây khan -Tấm bê tông cốt thép -Bê tông nhựa đường A) Gia cố mái thượng lưu mái lát khan Việc xác định đường kinh tính toán đá gia cố mái hình thức đá đổ,sử dụng công thức Sankin Dc = 2,23 Trong đó: • A=0,45 hệ số lấy đá đổ • ɣnc: :Dung trọng nước ɣnc=1T/M3 • ɣĐá :Dung trọng đá lát khan ɣĐá=1,95T/M3 • H : Chiều cao sóng tính toán H = H1% =3.40M • M : Hệ số mái dốc thượng lưu Thay số vào ta có Chiều dày lớp gia cố phải lớn D c= đảm bảo an toan cho mái dốc đập,chọn chiều dày lớp đá đổ gia cố T= B) Phạm vi gia cố mái Giới hạn phần gia cố ta lấy đến đỉnh đập.giới hạn phần gia cố chủ yếu lấy mực nước thấp hay mực nước chết hồ đoạn : Z=2.H1%=2.2,67=5,34m Vậy giới hạn phần gia cố cao trình 108-5,34=102,66m.Phần mái dốc nằm đoạn gia cố ta cần gia cố nhẹ lưu tốc sóng lớn gây xói lở mái dốc Trang:15 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Dựa vào nguồn vật liệu tay nghề thi công,hình thức gia cố mái dốc thượng lưu cho công trình đá lát khan 1.1.2 Gia cố mái hạ lưu Dưới tác dụng gió mưa động vật đào hang gây hư hỏng mái dốc hạ lưu cần bảo vệ.Phủ lớp đất dày 0,05m lên mái hạ lưu trồng cỏ lên trên.Chiều cao tương đối lớn,mưa gây nên xói lở lớp gia cố,nhất phần thấp mái dốc.Đề phòng tượng cần làm hệ thống khung vừa giữ ổn định ô trồng cỏ vừa làm rãnh thoát nước toan mái dốc.Kich thước khương chọn 2x2m đặt thẳng góc với xiên với mặt đập góc 45 độ bên ranh điền đầy sỏi 1.1.3 Thiết kế thoát nước A)Thoát nước lòng sông Nước thấm qua đập đất có mặt tự ( mặt bão hòa ) dông thấm mái dốc hạ lưu gây ổn định mái đập.Vì điều cần thiết phải hạ thấp đường bão hòa cách bố trí vật thoát nước chân mái hạ lưu đập thoát nước cần đảm bảo yêu cầu : - Đủ khả thoát nước thường xuyên làm việc tốt Bảo đảm đường bão hòa không mái dốc hạ lưu Không cho phép xói ngầm thân đập đập Không cho phép xói ngầm thân vật thoát nước Phía hạ lưu đập có nước để tận dụng phần đê quây đá đổ thời gian thi công,ta lựa chọn phương án vật thoát nước dạng vật thoát nước lăng trụ cao trình đỉnh vật thoát nước Ta lấy cao trình đỉnh vật thoát nước lăng trụ chọn chiều rộng đỉnh vật thoát nước Bvtn=.hệ số mái dốc thượng lưu M1=1,5 hệ số mái đốc hạ lưu M2=1,75 Vật liệu làm vật thoát nước đá độn B) Thoát nước hai bên bờ Đối với loại đập nằm hai bên bờ nơi hạ lưu nước dạng vật thoát nước hay sử dụng : - Vật thoát nước ống dọc Vật thoát nước gối phẳng Hai dạng vật thoát nước có ưu điểm hạ thấp đường bão hòa,nhưng nằm thân đập nên công tác sửa chữa hỏng hóc khó khăn Trang:16 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Đối với đạp dâng đồ án này,việc chọn dạng thoát nước ống dọc tốt đảm bảo cho thoát nước đập sét tốn vật liệu Vật thoát nước ống dọc làm đá ống bê tông xốp có lỗ rỗng, xung quanh có tầng lọc ngược Khoảng cách hợp lý từ đường bão hòa tới mái dốc hạ lưu phải xác định sở kinh tế kĩ thuật.Vị trí vật thoát nước căng xa đường bão hòa căng hạ thấp khoảng cách từ đường bão hòa mái dốc hạ lưu căng lớn.Nhưng đồng thời Gradient thấm qua thân đập lưu lượng thấm căng tăng.Vị trí đặt vật thoát nước ống dọc cách chân hạ lưu khoảng 1/5 chiều rộng đáy đập 48m Xác định mặt cắt ngang ống dọc theo công thức tài liệu Khả thoát nước ống dọc tính Trong : - Qo : lưu lượng thoát nước ống dọc Wo : diện tích mặt cắt ngang ống dọc Ko : hệ số thấm ống dọc =10m/s Io : độ dốc ống dọc = 0,001 Khả thoát nước dải ngang Trong : - Qg :lưu lượng thoát nước dải ngang Wg :diện tích mặt cắt ngang dải ngang Kg : hệ số thấm dải ngang =10m/s Ig : độ dốc dải ngang = 0,001 Lưu lượng thấm ống dọc dải ngang tính bằng: Q = Q.B.N Trong : - Q = 2,3.10-3 m3/s : lưu lượng thấm B = 50m : khoảng cách hai dải ngang N : hệ số an toan Xác định mặt cắt ngang cảu ống dọc Wo cách cân Qo=Q Thiết kế mặt cắt ngang ống dọc dạng hình lục giác có kích thước thể hình Xác định mặt cắt ngang dải ngang Wg cách cân Qg = Q.Tương tự có diện tích mặt cắt ngang dải ngang =.Thiết kế mặt cắt ngang dải ngang dạng hình vuông có kích thước 4,8x4,8m Trang:17 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 3.3.4 Tính toán thiết kế tầng lọc ngược • Tầng lọc ngược (TLN) lớp độ nối tiếp tầng đất hạt nhỏ bảo vệ với tầng đất hạt lơn.Nhiệm vụ chủ yếu ngăn tượng sói ngầm đất hạt nhỏ cần bảo vệ với tầng đất hạt lơn, tham gia nhiệm vụ gia tải chống tượng đùn đất • Do hạn chế đồ án môn học ta chọn tầng lọc ngược theo cấu tạo không tính toán chi tiết đường kính hạt lớp: Tầng lọc ngược gồm lớp bố trí khu vực chuyển tiếp lớp gia cố thượng lưu lớp chuyển giao VCT với thân đập: - Lớp sỏi đệm t=0,2m Lớp cát chuyển tiếp t=0,2m Hình 1.1.3.1.a.1.1 Trang:18 Mặt cắt ngang đập ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG TÍNH TOÁN THẤM VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP Có trường hợp tính toán thấm ổn định mái đập: • Thượng lưu MNDBT hạ lưu nước • Thượng lưu MNKT hạ lưu có nước (=MNHL) 3.4 TÍNH TOÁN THẤM Mục đích chủ yếu việc tính toán thấm qua đập đá xác định lưu lượng thấm qua tường chống thấm Hình 3.4.1.1.a.1.1 Sơ đồ tính thấm qua môi trường đá đổ Trong môi trường đá đổ khe rỗng lớn chuyển động nước không tuân theo quy luật Darcy, nghĩa lưu tốc thấm tỷ lệ bậc với gradient thấm Dòng thấm qua đá dòng rối, tính gần theo công thức giáo sư N.P.Puzurepski với sơ đồ tính toán hình 4.11 Tại mặt cắt N-N, cột nước thấm y ta có: q H13 − y = K2 3x Khi x=L, y=H2, công thức tính lưu lượng qua môi trường đá đổ dạng: q H13 − H 23 = K2 3L Trong đó: Trang:19 q : lưu lượng đơn vị H1: độ sâu dòng thấm mặt cắt 1-1 H2: độ sâu dòng thấm mặt cắt 2-2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY - L: khoảng cách hia mặt cắt 1-1 2-2 K: hệ số thấm đá, phụ thuộc vào độ rỗng n, hình dạng kích thước đá Theo M.F.Xrapnui 3.5 TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP DÂNG NƯỚC Các công trình nói tới loại đập dâng nước đặt đá Khi khả ổn định toàn khối công trình sau: • Bị trượt theo năm đó, mặt tiếp xúc công trình nền, mặt cắt hay công trình (tại vị trí xung yếu) Mặt trượt xét mặt phẳng (nằm ngang nghiêng) • Bị lật quanh trục nằm ngang (ví dụ qua điểm chân đập hạ lưu) momen ngoại lực gây lật lấy trục vượt qua momen chống lật • Bị đẩy tác dụng lực hướng từ lên (áp lực thấm, thủy tĩnh, động đất…) Khi thiết kế công trình dạng trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng thân vật nặng đè lên nó), ta khống chế trường hợp, mép biên thượng hạ lưu đập không xuất ứng suất kéo, có xuất với giá trị nhỏ nói chung đập không bị lật đổ Vì việc kiểm tra khả lật thực tế không cần thiết Còn việc kiểm tra đẩy thường tiến hành cống, đập có ngưỡng thấp 3.5.1 a) Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại Khi mặt trượt nằm ngang K= f P Q Trong đó: - b) P: tổng hợp lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt trượt trở lên Q: tổng hợp lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt trở lên f: hệ số ma sát tiếp xúc mặt trượt , vật liệu công trình với đá nền, đá với đá hay lớp vật liệu công trình với Khi mặt trượt nằm nghiêng Theo đặc điểm bố trí công trình cấu tạo địa chất nền, xét mặt trượt nghiêng Khi tổng hợp lực gây trượt cần xét theo phương song song với Trang:20 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY mặt trượt, lực ma sát chống trượt gây tổng hợp hình chiếu lực phương vuông góc với mặt trượt Ta có: - - P’: tổng hợp lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt trượt trở lên, trừ phần lực đẩy áp lực thấm áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt (theo phương vuông góc với mặt này) Q: tổng hợp lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt trở lên β: góc phương mặt trượt phương nằm ngang Các công thức tính hệ số an toàn ổn định trượt sau: • Khi mặt trượt nghiêng thượng lưu: • Khi mặt trượt nghiêng hạ lưu: K tr = K tr = P ' cosβ + Q sin β − Wdn f Q cos β − P 'sin β P ' cosβ − Q sin β − Wdn f Q cos β − P 'sin β Từ công thức cho thấy công trình tăng thêm ổn định mặt trượt nghiêng phía thượng lưu Vì vậy, gặp trường hợp đá có cá thớ nằm ngang, nghiêng hạ lưu, đào để tạo mặt trượt nghiêng thượng lưu, đào tạo thành hình cưa nghiêng thượng lưu để làm tăng định cho công trình Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại cho công thwucs tính toán đơn giản bỏ qua nhiều yếu tố làm tăng ổn định cho công trình (như lực dính kết mặt trượt) nên kết thiện an toàn Phương pháp thường dùng tính toán sơ chọn mặt đập, lựa chọn phương án 3.5.2 Phương pháp xét đến lực chống cắt mặt phá hoại Phương pháp xét đến thực tế lực để chông trượt mặt có ma sát, mà có lực dính kết mặt Ta có, cường độ chống cắt τ điểm mặt trượt biểu quan hệ sau: τ = f σ + C Trong đó: - Trang:21 f C đặc trưng chống cắt mặt phá hoại, có ý nghĩa tương tự hệ số ma sát lự dính đơn vị, τ: ứng suất pháp mặt tính toán ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Khi tính ổn định theo phương pháp xét lực chống cắt mặt phá hoại, trường hợp mặt trượt nằm ngang, công thức tính hệ số an toàn trượt sau: K tr = f P + A.C Q Trong đó: - A: diện tích mặt trượt Trường hợp mặt trượt nằm nghiêng, phương pháp phản ánh gần sát với thực tế làm việc công trình Các hệ số f C xác định kết nghiệm mẫu xử lý thống kê số liệu thí nghiệm cần ý điều kiện thí nghiệm thường khác nhiều so với tình hình làm việc thực tế công trình, trị số C thu từ thực nghiệm thường thiện lớn Đặc biệt trị số C thực tế thay đổi phạm vi rộng Vì vậy, trị số C tính toán phải lấy nhỏ trị số thu đượctừ thí nghiệm Trang:22 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY Trang:23