đồ án thiết kế đập đất

Hồ chứa H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau: 1. Cấp nước tưới cho 2650ha 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. 1. Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập có Zmin =55 m ; Zmax=100 m 2. Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập. Chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình. lớp phong hóa dày 0,51m. 3. Vật liệu xây dựng: a) Đất: Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3 ,cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1 km). Chất đất thuộc loại thịt pha cát ,thấm nước tương đối mạnh các chỉ tiêu như ở bảng1 Điều kiện khai thác bình thường.

 Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỀ SỐ: B- 15 A-TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I - Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: Cấp nước tưới cho 2650ha ruộng đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch II - Các công trình chủ yếu khu đầu mối: Một đập ngăn sông; Một đường tràn tháo lũ Một cống đặt đập để lấy nước tưới III - Tóm tắt số tài liệu Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập có Z =55 m ; Z max =100 m 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 lượng 800.000m ,cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000m , cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m , cự ly 1 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát ,thấm nước tương đối mạnh tiêu bảng1 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 bỏ đắp đập, lát mái Một số tiêu lý: ; đá) ϕ = 32o , n = 0,35 (của đống đá), γ K = 2,5T / m (của c) Cát sỏi: Khai thác bãi dọc sông, cự ly xa km, trữ lượng đủ làm tầng lọc.Cấp phối bảng Bảng1 - Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu HS rỗng n Loại Đất đắp đập 0,35 Độ ẩm W% 20 ϕ (độ) C (T/m2) γK k (m/s) (T/m ) Tự nhiên Bão hòa Tự nhiên Bão hòa 23 20 3,0 2,4 1,62 (chế bị) 10-5 4.10-9 Sét (chế bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 Cát 0,4 18 30 27 0 1,60 Đất 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 Bảng - Cấp phối vật liệu đắp đập SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 10-4 10-6  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường 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 trưng hồ chứa: - Các mực nước hồ mực nước hạ lưu: Bảng - Tràn từ động có cột nước đỉnh tràn : Hmax = 3m - 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 = 3,4 km - ứng với MNLTK : D’ = D + 0,3 = 3,4 + 0,3 = 3,7 km - Đỉnh đập đường giao thông chạy qua 5- Tài liệu thiết kế đập đất: Đề số Sơ đồ Đặc trưng hồ chứa D (km) MNC (m) MNDBT (m) Mực nước hạ lưu (m) Bình thường Max SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 15 B 3,4 64 82 59,5 62 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) ; - Các mặt cắt ngang đại biểu lòng sông bên thềm sông ; - Các cấu tạo chi tiết PHẦN THIẾT KẾ A-NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG: I - Nhiệm vụ công trình: - Cấp nước tưới cho 2650 ruộng canh tác - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 Đồ án Đập Hồ Chứa  GVHD: Bùi Quang Cường - Kết hợp nuôi cá lòng hồ,tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch Để thực nhiêm vụ cần phải xây dựng công trình đầu mối: - Đập ngăn sông - Một đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác - Một cống lấy nước tưới đặt đập II - Chọn tuyến đập: Theo bình đồ tuyến đập (đầu A).Chọn tuyến đập A-A bình đồ III - Chọn loại đập: - Đập sử dụng vật liệu chỗ tiết kiệm vật liệu quý sắt, thép, xi măng đồng thời công tác chuẩn bị không tốn nhiều công sức loại đập khác Vật liệu địa phương có trữ lượng lớn 2.400.00 m3, loại đất thịt pha cát đủ tiêu chuẩn dùng để đắp đập (cấp phối = d60/d10 = 0.08/0.005 = 16), thuận tiện khai thác, vận chuyển thi công ( ba bãi vật liệu A, B, C nằm tập trung xung quanh tuyến đập, nơi xa 1km, nơi gần 600m) điều kiện quan trọng để đắp đập đất đồng chất - Đập đất đồng chất loại đập có kết cấu đơn giản, dễ thi công, giá thành rẻ so với loại đập khác, loại đập ưu tiên xét đến hình thức đập - Đập đất loại đập có yêu cầu không cao ( có khả đắp đập đất nền) nên có khả áp dụng rộng rãi, bền chịu biến dạng, chấn động tốt - Đây loại đập dễ quản lý, có khả tôn cao, đắp dày thêm - Thế giới Việt Nam tích lũy nhiều kinh nghiệm thiết kế, thi công quản lý đập đất - Ngoài ra, loại vật liệu dùng để làm phận như: chống thấm, bảo vệ mái, tầng lọc ngược khai thác vận chuyển vị trí cách không xa công trình đầu mối - Vì hình thức đập thiết kế đập đất đồng chất, không tràn nước, tuyến đập thẳng, tim đập mặt cắt B - B bình đồ SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngược bảo vệ mái đập IV- CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ: Cấp công trình: Xác định từ hai điều kiện : a) Theo chiều cao công trình loại : Cao trình đỉnh đập: Zđỉnh = MNLTK + d (*) Có : MNLTK = MNDBT +Hmax = 82 +3 = 85 (m) 1,5≤ d≤ 3,0 m chọn d = 3( m) Thay vào (*) có : Zđỉnh = 85 + = 88 (m) Cao trình đáy đập xác định từ mặt cắt địa chất tuyến đập đáy đập tầng bồi tích thềm sông nên phải bóc bỏ 1(m) tầng bồi tích Zđáy=52 - = 51m Dựa vào mặt cắt địa chất tuyến đập cho ta xác định chiều cao đập : Hđ =Zđỉnh - Zđáy=88 - 51 = 37(m) Đất : Dựa vào điều kiện địa chất với tiêu lý ta xác định : Đất đất dính, chưa bão hòa nước Tra bảng P1-1, phụ lục : Cấp thiết kế công trình theo đặc tính kỹ thuật hạng mục công trình thuỷ với điều kiện : - Đập vật liệu đất - Chiều cao đập :37 (m) - Nền đất thuộc nhóm B → Công trình cấp II b) Theo nhiệm vụ công trình: Tưới cho 2650ha Tra bảng P1-2, phụ lục SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 Đồ án Đập Hồ Chứa  GVHD: Bùi Quang Cường Cấp thiết kế công trình theo lực phục vụ với điều kiện : -Công trình thuỷ nông -Diện tích tưới : 2650 → công trình cấp III Từ điều kiện chọn cấp công trình: cấp II 2- Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định được: - Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Tra bảng P1-3 ta có : +Tần suất thiết kế : P = 0,5% (tương ứng với chu kỳ lặp 200 năm) +Tần suất kiểm tra :P=0,1% (tương ứng với chu kỳ lặp 1000 năm) - Hệ số tin cậy kn : Tra bảng P1-6 ta có kn = 1,20 - Tần suất gió lớn gió bình quân lớn nhất, mức bảo đảm sóng (Theo QPVN 11-77) Tra 14TCN-157-2005 Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén bảng 4-2:Tần suất gió lớn tính toán xác định cao trình đỉnh đập đất Với : + Công trình cấp II + Mực nước dâng bình thường : Ta có : Tần suất gió lớn : P = 2% ⇒ V = 32 (m / s) + Mực nước lũ thiết kế: Ta có : Tần suất gió bình quân lớn : P = 25% ⇒ V = 15,5( m / s) d Hệ số an toàn cho phép ổn định mái đất ( Theo QPVN 11-77 ) Tra Bảng P1-7 Hệ số an toàn cho phép ổn định mái đất SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Với : + Công trình cấp II + Tổ hợp tải trọng chủ yếu Ta có : Hệ số an toàn cho phép ổn định mái đất : [ K ] = 1,3 e Độ vượt cao đỉnh đập đỉnh sóng Tra 14TCN-157-2005 Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén bảng 4-1 Với Công trình cấp II - Mực nước dâng bình thường chiều cao an toàn : a = 1,2 (m) - Mực nước lũ thiết kế chiều cao an toàn: a' = 1,0 (m) - Mực nước lũ kiểm tra chiều cao an toàn: a’’ = 0,3 (m) IV Đỉnh đập: Cao trình đỉnh đập: - Xác định từ mực nước: MNDBT MNDGC Z1 = MNDBT + ∆ h + hsl + a ∆h Z2 = MNDGC + ’ + hsl’ + a’ Z3 = MNLTK + a’’ (1) (2) (3) - Trong đó: + ∆h ∆h ’ : Độ dềnh gió ứng với gió 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’ a’’: Độ vượt cao an toàn Cao trình đỉnh đập chọn từ trị số lớn kết tính theo Z1, Z2, Z3 a Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT Xác định (áp dụng công thức (1)): * Xác định Trong đó: ∆h ∆h ∆h , hsl ứng với gió lớn V D cosα S g H : = 2.10-6 (m) V- Vận tốc gió tính toán lớn ứng với P=2%: V= 32 (m/s) D - Đà sóng ứng với MNDBT: D= 3,4.103 (m) g- Gia tốc trọng trường: g = 9,81 (m/s2) SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường H- Chiều sâu nước trước đập (m) H = ZMNDBT - Zđáy =82 - 51 = 31 (m) αS - Góc kẹp trục dọc hồ hướng gió Theo tài liệu trắc α đạc, gió tính toán vô hướng, nên ta chọn hướng bất lợi = ∆h 322.3,4.10 9,81.31 = 10-6 cos 00 = 0,022(m) * Xác định hsl: ( Theo QPTL C1-78 ) Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định sau: hsl(1%) = K1 K2 K3 K4 hs1% Trong đó: K1 , K2, K3, K4 - Các hệ số tra QPTL C1 - 78 hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% - Xác định hs1%: (Theo QPTL C1-78) − λ + Giả thiết trường hợp xét sóng nước sâu : (H > 0,5 ).Tính đại g.t g.D V V2 lượng không thứ nguyên: ( , ) t thời gian gió thổi liên tục (sec) Khi tài liệu lấy t = (đối với hồ chứa) gt 9,81.6.3600 = = 6621,75 V 32 gD 9,81.3,4.10 = = 32,57 V2 322 Theo đường cong bao phía đồ thị hình P2-1 xác định đại lượng không thứ nguyên :  −  g h = 0,071 gt  = 6621,75 →  V − V  gτ = 3,7   V (1) ;  −  g h = 0,011 gD V = 32 , 75 →  − V2  gτ = 1,15   V (2) Từ giá trị tra chọn cặp (2) cặp có trị số nhỏ SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa − gτ V = V g − τ = GVHD: Bùi Quang Cường 32 9,81 1,15 =3,75 (s) ; gh V 322 = , 011 = 1,148 − 9,81 h V g = Bước sóng trung bình λ (m) xác định sau : − − λ =g τ2 3,75 = 9,81 = 21,96 2π 2.3,14 (m) − + Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu: H > 0,5 λ − Thấy: → λ H=31 (m)> 0,5 =0,5.21,96= 10,98 (m) Giả thiết sóng nước sâu − h + Tính hs1%=k1% = 2,1 1,148 = 2,4108 (m) gD = 32,75 V2 (K1%= 2,1 , K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng : - Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái độ nhám tương đối mái Chọn độ nhám tương đối mái ∆ = 0,02 m → ∆ hs1% = 0,02 ≈ 0,0083 2,4108 → K1 = 0,95 ; K2 =0,85 - Hệ số K3 tra bảng P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m Chọn mái dốc đập sơ theo công thức sau: d + Mái thượng lưu : m1 = 0,05H + 2,00 = 0,05.37+2 = 3,85 -> Chọn mái thượng lưu: m1 = d +Mái hạ lưu : m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05.37+1,5 = 3,35 -> Chọn mái hạ lưu: m2 = 3,5 10 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Sơ hệ số mái: Do chiều cao đập H=37m10m) : phương án hợp lý dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ Theo đề hình B cho tầng thấm T=13m > 10 m Ta chọn phương án: Dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng +sân phủ *) Chọn sơ kích thước ban đầu: +) Chiều dày tường (nghiêng hay lõi): - - Trên đỉnh : δ1 ≥ 0,8m ⇒ Chọn δ1 = 1( m) Dưới đáy: Thường δ2 ≥ H [J ] , Theo TCVN 157-2005, tường làm đất sét, ta chọn δ2 phải thoả mãn điều kiện: H H ≤ δ2 ≤ 10 Trong : H - cột nước chênh lệch trước sau tường day H = Hmax= MNLTK – Z = 85 - 51 = 34(m) cp Gradient cho phép đất đắp đất sét [ J ] =5 ÷ 10 H H = 3,4m ≤ δ ≤ = 6,8m 10 14 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường δ2 Vậy : Chọn =5,0 (m) +) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng cao trình đỉnh đập đất +) Chiều dày sân phủ : - - đầu : chọn t1 = (m) cuối chọn: t2 H ≥ [J] Trong đó: H - Chênh lệch cột nước mặt sân H = 34 m J - Gradient thấm cho phép vật liệu làm sân, J = Vậy: t2 H 34 = = 4,25 ≥ [J] Chọn : t2 = +) Chiều dài sân phủ: δ2 =5,0 (m) 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 Sơ lấy Ls = (3 ÷ 5) Hmax Trong Hmax= 34 => Ls= 4* 34 = 136 (m) 5- Thiết bị thoát nước thấm đập: Thường phân biệt đoạn theo chiều dài đập a) Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước - Chiều sâu nước hạ lưu: HHL max = MNHLmax - Zđáy = 62 - 51 =11 ( m) HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 59,5 - 51 = 8.5( m) Chọn thoát nước kiểu lăng trụ - Độ vượt cao đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ 1-2m Chọn 1,5 - Do chiều cao lăng trụ = 11 + 1,5= 12.5m - Bề rộng đỉnh lăng trụ: chọn b =3m 15 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 Đồ án Đập Hồ Chứa  GVHD: Bùi Quang Cường - Mái sau lăng trụ m4 = (1 ÷ 1.5) ⇒ chọn m4=1.5 - Mái trước lăng trụ m3 =(1.5 ÷ 2) ⇒ chọn m5=1.5 b) Cơ đập: - Đập cao 37m> 10m nên cần bố trí đập mái hạ lưu Theo phương án thiết kế ta lợi dụng tường thoát nước làm đập (bố trí cao trình +63.5) Ta bố trí thêm đập cao trình Z= +76m - Bề rộng Bcơ = 3m ta chọn thoả mãn yêu cầu giao thông lại C) Đoạn sườn đồi: Ứng với trường hợp hạ lưu nước chọn thiết bị thoát nước kiểu áp mái Cao trình áp mái phải cao điểm đường bão hòa mái hạ lưu Cần lưu ý, chỗ tiếp giáp thiết bị thoát nước với thân đập phải làm tầng lọc ngược CHƯƠNG TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN I Nhiệm vụ trường hợp tính toán: Nhiệm vụ tính toán Xác định lưu lượng thấm Xác định đường bão hòa đập Kiểm tra độ bền thấm đập Các trường hợp tính toán Trong thiết kế đập đất cần tính cho trường hợp làm việc khác đập : - 16 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường - Thượng lưu MNDBT, hạ lưu mực nước tương ứng ; thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường - Thượng lưu MNLTK, hạ lưu mực nước max tương ứng - Ở thượng lưu nước rút đột ngột - Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường - Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng Trong phần trình bày tính thấm với trường hợp : Thượng lưu MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 82 - 51 = 31(m) Hạ lưu mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 59,5 - 51 = 8.5(m) (Thượng lưu MNDBT h = 31m , hạ lưu mực nước h = 8,5m tương ứng; thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường.) Các mặt cắt tính toán: Tính toán chi tiết cho mặt cắt đại diện : Mặt cắt 1-1 lòng sông ( chỗ tầng thấm dày ) Mặt cắt 2-2 vai đập ( đập không thấm ) II - TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT LÒNG SÔNG: 1- Xác định lưu lượng thấm: +88 +82 1m m2 +76 m1 5m 1m kd 13m +51 m3 m4 h2 h1 +59,5 +63,5 kn Ls Sơ đồ thấm qua đập mặt cắt lòng sông 17 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Vì hệ số thấm tường nghiêng + sân phủ nhỏ nhiều hệ số thấm đập nên áp dụng phương pháp gần Pavơlốpxki: bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng sân phủ Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a0, ta có hệ phương trình sau để xác định q h3 Jn = q = qn = kn J n ωn (với ⇒ n q=k Đoạn thân đập sau h3 : h1 − h3 Ls + mh3 + 0.44T (h1 − h3 )T 0.44T + Ls + m1h3 ω =T ) (1) q = qd + qn q = Kd h32 − h2 (h3 − h2 )T + kn 2( L − m1.h3 ) L − m1.h3 + 0, 44T − m3 h2 ; Trong đó: - Hệ số thấm đất đắp đập: Kđ = 10-5 m/ - Hệ số thấm kn = 10-6m/s L = H.m1+B+12m2 + Bc+ 12,5.m2-4*m3 = 37*4 + +12*3,5 +3 +12,5*3,5- 4*1,5= 235,75 LS = 136 m ; T =13 m ; h1 = 31 m ; h2 = 8.5 m δ : Chiều dày trung bình tường nghiêng = 3.m n : Hệ số điều chỉnh chiều dài đường thấm = 0,44T Thay giải hệ phương trình :   31 − h3 31 − h3 −6 q = 13.10−6  ÷ = 13*10 141.72 + 4* h3  136 + 4h3 + 0, 44.13  (1) h32 − 8,52 [ h3 − 8.5)] 13 q = 10 + 10 −6 2(235, 75 − 4h3 ) 235, 75 − 4.h3 + 0, 44.13 − 1,5.8,5 −5 (2) 18 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Dùng phương pháp thử dần để giải hệ phương trình(1)(2) ta được: h3 q1 q2 q1/q2 1.8498 10 1.502E-06 8.12E-07 1.2952 10.5 1.451E-06 1.12E-06 1.0808 10.8 1.42E-06 1.31E-06 11 1.4E-06 1.45E-06 0.9674 0.6020 12 1.302E-06 2.16E-06 h3 = 11 (m) q = 1,4.10-6(m/s) b) Phương trình đường bão hòa: Y = h 23 − h32 − h22 x L − m1.h3 Vậy phương trình đường bão hoà là: Y = 121 − 0, 254 x +88 -1 37.00 -1 31.00 5.00 136.00 11.00 44.00 3.00 3.00 +51 -1 191.75 Ðu?ng bão hòa *) Kiểm tra độ bền thấm : 19 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 -1 8.50  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Với đập đất độ bền thấm bình thường (xói ngầm học,trôi đất) đảm bảo nhờ bố trí tầng lọc ngược thiết bị thoát nước(mặt tiếp giáp với thân đập nền).Ngoài cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa cố trường hợp xảy hang thấm tập trung điểm thân đập hay - Với thân đập ,cần đảm bảo điều kiện : J d k h3 − h2 L − m1.h3 d k ≤ [Jk]đ 11 − 8,55 233, 75 − 4.11 Trong : J = = ≈ 0.0129 Tra Phụ lục P3-3 với công trình cấp II loại đất làm đập cát pha : [J k]đ = 0.55 d k Ta thấy J ≤ [Jk]đ , thân đập bảo đảm điều kiện thấm - Với đập bảo đảm điều kiện : n k n k J ≤ [Jk]n h1 − h2 Ls + L + 0,88.T − m3 h2 31 − 8, 136 + 233, 75 + 0.88*13 − *8.5 Trong : J = = ≈ 0.06 [Jk]n phụ thuộc loại cấp công trình, lấy theo Trugaép Tra phụ lục P3-2 với công trình cấp II đất cát trung bình ta có: [Jk]n = 0.25 n k a) ≤ Ta thấy J [Jk]n ⇒ đập thoả mãn điều kiện độ bền thấm 3- Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi: Với tài liệu cho,sơ đồ chung mặt cắt sườn đồi đập không thấm ,hạ lưu nước,thoát nước kiểu áp mái.cao trình đáy đập đá +68m Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình dưới) : 20 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường y 5m +88 +82 m2 m1 kd +76 ao h1 1m +68 L *) Lưu lượng thấm: Theo phương pháp phân đoạn ,lưu lượng thấm q độ sâu h ,a xác định từ hệ phương trình sau :  h32 − a02 q3 = K d 2( L − m1h3 − m2 a0 )   a0 q1 = K d m2 + 0,5   h − h32 − Z 02  q2 = K 2δ sin α  Với q=q = q = q L =(88-68).4+5+12.3,5+3+(76-68).3,5=158 (m) h1 = 82 –68 = 14 (m) δ = (5+1)/2 = 3(m) m1 = m2 = 3.5 δsinα ≈0,727 (m) 21 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 x  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Z0 = δcosα =2,91 m K0 = 4.10-9 (m/s) Kd = 10-5 (m/s)  h32 − a02 −5 q = 10  2(158 − 4h3 − 3,5a0 )   −5 a0 q1 = 10  2  −9 14 − h3 − 2,91 q = 4.10  2.0, 727  Dùng phương pháp thử dần ta : h3 ao q1 q2 0.189 5.65E-07 4.72E-07 4.5 0.401 7.25E-07 1E-06 0.396 9.09E-07 9.9E-07 5.2 0.394 9.9E-07 9.85E-07 0.384 1.35E-06 9.6E-07 0.37 1.9E-06 9.24E-07 q1/q2 1.196791 0.722358 0.918226 1.005184 1.407699 2.053948 a0 = 0.394 (m) h3 = 5,2 (m) q = 9,9*10-7 (m/s) b) Đường bão hòa: Trong hệ trục hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng: h32 − 2q x = 27, 04 − 0.198.x kd y= c) Kiểm tra độ bền thấm: Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ ≤ [Jkđ] 22 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Trong đó: h3 5.2 = = 0.038 L − m1h3 158 − 4*5, Jkđ = Vậy Jkđ = 0.038 < [Jkđ] = 0.55 ⇒ Đập thoả mản độ bền thấm VI - Tính toán ổn định mái đập: - Trường hợp tính toán: Theo quy định quy phạm, thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định với trường hợp sau: a) Cho mái hạ lưu : - Khi thượng lưu MNDBT, hạ lưu chiều sâu nước lớn xảy ra, thiết bị chống thấm thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp bản) - Khi thượng lưu có MNLTK, làm việc bình thường thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt) b) Cho mái thượng lưu : - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp xảy (cơ bản) - Khi mực nước thượng lưu cao trình thấp (nhưng không nhỏ 0.2H đập) tổ hợp - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp xảy (tổ hợp đặc biệt) - Tính toán ổn định mái phương pháp cung trượt: a) Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm: Sử dụng phương pháp: *) Phương pháp Filennít Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MN hình vẽ α = 35.50 ; β = 250 Tra bảng (6-5) Giao trình Thuỷ công ta có với m=3.5 ta có *)Phương pháp V.V Fanđeep: Tâm cung trượt nguy hiểm nằm lân cận hình thang cong CDEF hình vẽ Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào hệ số mái chiều cao đập H đ, tra bảng (66) Giáo trình thủy công Với m = 3.5 R H = 3,025 ⇒ R=( r H R H ).H= 3,025*37 = 111,925(m) r H ⇒ = 1,25 r = ( ).H = 1.25*37 = 46,25(m) Kết hợp phương pháp ta tìm phạm vi có khả chứa tâm cung trượt nguy hiểm đoạn AB Trên ta giả thiết tâm O1, O2, O3 Vạch cung trượt qua điểm P chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K 1, K2, K3 cho cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ Ki vị trí tâm Oi ta xác định trị số K ứng với tâm O đường thẳng AB Từ vị trí tâm O ứng với K kẻ đường thẳng X-X vuông góc với đường 23 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 Đồ án Đập Hồ Chứa  GVHD: Bùi Quang Cường AB Trên đường X-X ta lại lấy tâm O khác vách cung qua điểm P chân đập Tính K với cung này, vẽ biểu đồ trị số K, theo tâm O ta xác định trị số K ứng với điểm P1 chân đập Với điểm P 2, P3 mặt hạ lưu đập, cách tương tự ta tìm trị số Kmin tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ Kmin với điểm cung Pi ta tìm hệ số an toàn nhỏ Kmin cho mái đập R m Để tiện tính toán ta lấy chiều rộng b = (lấy m =10) Trong đồ án yêu cầu Kmin ứng với điểm P1 chân đập b) Xác định hệ số an toàn K cho cung trượt : Theo công thức Ghecxevanốp: 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 Sơ đồ cung trượt hình vẽ sau B R O3 O1 O2 A M1 108.19 r 5.00 3.00 31.00 5.41 8.50 -1 -2 -3 H 24 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường Các Sơ Đồ cung trượt Chia khối trượt thành dải có chiều rộng hình vẽ Ta có công thức tính toán sau: K= ∑ (Nn − Wn )tgϕ n + ∑ Cn.ln ∑ Tn Trong đó: ϕ n,Cn : Là góc ma sát lực dính đơn vị đáy dải thứ n ln: Là bề rộng đáy dải thứ n Wn: áp lực thấm đáy dải thứ n γ n.hn.ln Wn = hn: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải Nn, Tn: Thành phần pháp tuyến tiếp tuyến trọng lượng dải n Gn Nn = Gncosαn , Tn = Gn.sinαn (∑ γ i hi )n Gn = b( Trong đó: hi: Là chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng γi (γi với đất sân bão hòa: Lấy γi tn ; đất đường bão hòa lấy theo γi bh) Các thông số tính toán: γo = γwđập = γkđập(1 + w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944 (T/m3) γ1 = γbhđập = γkđập +n γn = 1,62 + 0,35.1 = 1,97 (T/m3) γ2 = γbhnền = γknền +n γn = 1,59 + 0,39.1 = 1,98 (T/m3) γ3 = γwthiết bị thoát nước = γkđá = 2,5(T/m3) γ4 = γbhthiết bị thoát nước = γkđá +n γn = 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 đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa h4: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước) 25 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 Đồ án Đập Hồ Chứa  GVHD: Bùi Quang Cường Kết tính toán Bảng 1,2,3,4,5,: Ta Kmin =1.523 c) Đánh giá tính hợp lý mái: Mái đập đảm bảo an toàn trượt phải thoả mãn điều kiện công trình cấp III tổ hợp tải trọng chủ yếu: Kmin > [K] = 1.3 Và đồng thời thoả mãn điều kiện kinh tế: Kmin = 1.523 > 1,15[K] = 1.495 Như vậy: mái đập không thỏa mãn điều kiện kiện kinh tế Biện pháp khắc phục : giảm hệ số mái đập VII- Cấu tạo chi tiết 1- Đỉnh đập: Vì đỉnh đập không làm đường giao thông nên cần phủ lớp dăm sỏi dày 20(cm) để bảo vệ mặt đỉnh đập làm hai phía với độ dốc i=3% để thoát nước mưa - Bảo vệ mái đập: 26 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1  Đồ án Đập Hồ Chứa GVHD: Bùi Quang Cường a) Mái thượng lưu: Hình thức bảo vệ thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố sóng khả cung cấp vật liệu Khi tính toán lớp bảo vệ mái cần dựa vào chiều cao sóng lớn (h s = 2.4108m) Ta thấy hs > 1.25m Do ta chọn hình thức bảo vệ mái thượng lưu đá xây, bề rộng tấ1m 1,5m Bề dày xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy lật theo công thức: hb = Trong đó: γ γ  3 B   k.γ n.hS 1−    (γ d − γ n ).cosα  4 LS     γ γ 3 n, đ : Dung trọng nước đá ( n = 1T/m ; đ = 2.5T/m ) hs : Chiều cao sóng B: Bề rộng đá vây hb: Chiều dày đá vây α : Góc nghiêng mái đập mặt nằm ngang (α =14004’) k: Hệ số đặt lớp lọc liên tục, lấy k = 0.23 Ls: Chiều dài song lớn Ls = 21,96(m) 0.23*1* 2.4108   1.5   hb = 1 −  ÷ (2.5 − 1) *cos140 04 '   21.96   = 0.379(m) b) Mái hạ lưu: Mái hạ lưu cần bảo vệ chống xói nước mưa gây Ta dùng hình thức trồng cỏ Trên mái hạ lưu ta đào rãnh nhỏ nghiêng với trục đập 45 Trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa vào mương ngang bố trí đập, mương ngang có độ dốc bên bờ để nối với mương dọc dẫn nước hạ lưu 3- Nối tiếp đập với bờ : a) Nối tiếp đập với nền: Ta bóc lớp dày 1.5m Trên mặt lớp phong hóa thấm nước mạnh Khi đất đắp đập đất khác cần làm chân ổn định công trình, đồng thời dùng chân đất sét cắm sâu vào đá tốt để giảm thấm b) Nối tiếp đập với bờ: Tại chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải nằm cắm sâu vào đá phong hóa, tầng không thấm nằm sâu bờ phải cắm thiết bị chống thấm vào khoảng định Mặt nối tiếp thân đập với bờ, không đánh cấp, không làm dốc, không cho phép làm dốc ngược VIII – Kết luận : Qua đồ án giúp em làm quen với việc thiết kế đập đất , đồng thời biết cách chọn phương pháp xử lý thấm qua đập đất kiểm tra tính ổn định Đồ án 27 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1 Đồ án Đập Hồ Chứa  GVHD: Bùi Quang Cường kết hợp tổng hợp môn học mà em học từ trước tới như: Trắc địa, Địa chất, Vẽ Kỹ thuật, nên giúp em ôn lại kiến thức Vì chưa có kinh nghiệm hiểu biết sâu sắc nên đồ án sai sót, mong thầy cô nhắc nhở bảo thêm Em xin chân thành cản ơn thầy cô giáo môn hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành đồ án Hà Nội ngày 20/ / 2013 28 SVTH: Nguyễn Hồng Đăng Lớp: 51CTL1