Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau: 1. Cấp nước tưới cho 2650 ha 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. 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 của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0.5 1m.
Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất ĐỒ ÁN THUỶ CÔNG SỐ II THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 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 2650 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 III Tóm tắt số tài liệu : Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, Chỉ tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0.5 ÷ 1m Vật liệu xây dựng : a) Đất : Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A, B, C với trữ lượng cự ly sau: Loại đất A B C Trữ lượng (m3) 8.105 6.105 10.105 Cự ly (m) 800 600 1000 Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, tiêu bảng Điều kiện khai thác bình thường Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b)Đá: Khai thác vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lý :ϕ = 320 ; n = 0,35 (của đống đá) ; γk = 2,5 T/m3(của đá) c)Cát, sỏi: Khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối bảng SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu Loại Đất đắp đập (chế bị) Sét(Chế bị) Cát Đất HS rổng n Độ ẩm W% 0.35 20 23 20 3.0 0.42 0.40 0.39 22 18 24 17 30 26 13 27 22 5.0 1.0 ϕ (độ) Tự Bảo nhiên hoà C (T/m3) Tự Bảo nhiên hoà γk (T/m3) k (m/s) 2.4 1.62 10-5 3.0 0.7 1.58 1.6 1.59 4.10-9 10-4 10-6 Bảng - Cấp phối vật liệu đắp đập d(mm) Loại Đất thịt pha sét Cát Sỏi d10 d50 d60 0.005 0.05 0.50 0.05 0.35 3.00 0.08 0.40 5.00 Đặc trưng hồ chứa : - Các mực nước hồ mực nước hạ lưu :Bảng Đặc trưng hồ chứa Đề số Sơ đồ (1) 20 D (km) (2) (3) B 2.4 MNC (m) (4) 62.0 Mực nước hạ lưu (m) MNBT Bình (m) Thường (5) (6) 78.0 61.5 Max (7) 63.7 Qcống(m3/s) MN đầu kênh (m) Khi Khi MNC(Qtk) MNBT (8) (9) (10) 4.5 3.9 61.78 -Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn Hmax = 3m -Vận tốc gió tính toán ứng với mực nước bảo đảm P% : P% V(m3/s) 32 30 26 20 17 - Chiều dài tuyền sóng ứng với MNBT : D ứng với MNDGC : - D’= D + 0.3km=2.4+0.3=2.7 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 30 14 50 12 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất - Đỉnh đập đường giao thông chạy qua 5.Tài liệu thiết kế công : - Tài liệu kênh : hệ số mái m = 1.5 ; độ nhám n = 0.025 ; độ dóc đáy: i = (3 ÷ 5).10-4 B -Trình tự tính toán thiết kế I Chọn tuyến đập : Việc chọn lựa vị trí đập bước quan trọng thiết kế đập Vị trí tuyến đập phải đảm nhịêm tất nhiệm vụ đề tạo hồ thượng lưu đủ lớn,đủ điều kiện để cung cấp nước tưới cho 2650 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 Ngoài vị trí đập phải xem xét đến tác động (tiêu cực) đến khu vực thượng lưu tuyến đập lòng hồ tài nguyên, chất lượng môi trường, sống dân cư vùng lòng hồ, vùng hạ lưu đập Việc lựa chọn tuyến đập dựa tiêu chí vô quan trọng kết từ tài liệu địa chất công trình, tài liệu thuỷ văn, địa chất thuỷ văn,tình hình vật liệu…để vị trí đập đảm bảo thuận lợi, an toàn cho công tác thi công vận hành sau này.Sau xem xét ta chọn tuyến đập B – B hình vẽ : - Tuyến đập B – B ngắn có địa hình dốc Tại tuyến đập có đá gốc rắn đảm bảo ổn định thời gian thi công chịu áp lực công trình sau xây dựng hạn chế khả thấm qua công trình.Tuy nhiên, tuyến đập có lớp phủ tàn tích lớp bồi tích thềm sông dày (khoảng 0.5÷15m) với biện pháp giới hoàn toàn bóc bỏ cho đạt yêu cầu - Ngoài tuyến đập tận dụng vật liệu địa phương gần với vị trí xây dựng đập có trữ lượng lớn II – Chọn hình thức đập : Sau so sánh phương án, nhận thấy phương án đập đất hợp lý nhất, vì: - Đập đất loại đập đơn giản có giá thành rẻ - Tận dụng vật liệu chổ, trử lượng lớn tốn công vận chuyển dùng đá tiết kiệm vật liệu có giá thành đắt sắt, thép, ximăng - Đập đát tương đối bền chống chấn động tốt - Vị trí xây dựng đập có đá gốc rắn chắc, tầng đất đá phong hoá bồi tích bóc bỏ bớt nên tính thấm lún xây dựng đập đất - Để xử lý thấm qua thân đập ta xử lý thấm thân đập III – Xác định tiêu thiết kế : a) Xác định cấp công trình : Xác định theo hai điều kiện: Theo chiều cao công trình loại nền: Để xác định chiều cao đập, sơ định cao trình đỉnh đập sau: Cao trình đập : ∇đđ = MNDGC + d = MDDBT + Hmax +d SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất Trong : MNBT = 78 m d : độ cao an toàn, chọn d = (m) Hmax : cột nước đỉnh tràn, Hmax = 3( m) ∇đập = 78 + + = 83 (m) Mặt khác, từ bình đồ ta có ta có : ∇đáy đập = 52 m (ta gióng mặt cắt địa chất tuyến đập vị trí cao trình lớp bồi tích thềm sông trừ 1m cần bóc bỏ) Vậy chiều cao đập : Hđ = ∇đập - ∇đáy đập = 83 – 52 =31 (m) Tra phụ lục P1-1 ta có : Đập thuộc công trình cấp III Theo nhiệm vụ công trình vai trò công trình hệ thống : Theo đầu bài,Thì nhiệm vụ công trình cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác, tra phụ lục P1-2 công trình thuộc hệ thống thuỷ nông tưới cho 2650> 2.10 nên công trình thuộc công trình cấp III Vậy, để đáp ứng hai điều kiện ta chọn công trình cấp III b) Các tiêu thiết kế : - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn để tính ổn định kết cấu công trình: Tra bảng phụ lục P1-3 ứng với công trình cấp III ta có: P% = - Tra bảng phu lục P1-6 ta hệ số tin cậy : kn = 1.15 - Tần suất gió lớn gió bình quân lớn tương ứng với P = 4%vàP = 50% (theo bảng P2-1, QPTL11-77,trang 113 gtđ.a) Theo quan hệ tài liệu cho ta có : P = 4% ⇒ v = 28 m/s P = 50% ⇒ v = 12 m/s - Độ vượt cao đỉnh đập đỉnh sóng (tra từ bảng tra qui phạm thiết kế đập đất ứng với công trình cấp III) : Ứng với MNDBT ⇒ a = 0,7 Ứng với MNDGC ⇒ a’ = 0,5 Ứng với MNLKT ⇒ a’’= 0,2 IV- Xác định kích thước đập : 1- Đỉnh đập: 1.1) Cao trình đỉnh đập: - Xác định từ mực nước: MNDBT, MNDGC, Zđđ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a Zđđ2 = MNDGC + ∆h’ + hsl’ + a’ Zđđ3MNLKT + a’’ Trong đó: ∆h ∆h ’ : Độ dềnh gió ứng với tính toán lớn gió bình quân lớn SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất 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 tra từ bảng tra qui phạm thiết kế với cấp công trình tương ứng tra a/ Xác định cao trình đỉnh đập ứng với mực nước dâng bình thường ∆h ( tính , hsl ứng với gió lớn V) : V2.D cosα S g.H ∆h ∆h +) Xác định : = 2.10-6 (m) Trong đó: V: Vận tốc gió tính toán lớn ứng với P=4%: V=28(m/s) D : Đà sóng ứng với MNDBT: D = 2.4km = 2.4*103 (m) g : Gia tốc trọng trường (m/s2) : g = 9,81 (m/s2) H: Chiều sâu nước trước đập (m) : ∇ ∇ H = MNDBT - đáy sông = 78 - 52 = 26 (m) αs: Góc kẹp trục dọc hồ hướng gió.Lấy αs = 00; −6 28 * 2.4*10 2.10 cos 00 = 0.0148( m) ∆h 9.81* 26 ⇒ = +) 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 hs 1% Trong đó: hs 1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% K1 , K2, K3, K4 - Các hệ số - Xác định hs1% : λ + Giả thiết trường hợp sóng nước sâu : (H > 0,5 ) Ta có : gt 9.81*6*3600 = = 7567, 714 V 28 gD 9.81* 2.4*103 = = 30.031 V2 282 Trong t là thời gian gió thổi liên tục, tài liệu nên ta lấy t=6h Tra đố thị phụ lục P2-1 ta : SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất gt = 7567.714 V Với Với gD = 30.031 V2 ⇒ ⇒ gh = 0.072 V2 gτ = 3.8 V gh = 0.01 V2 gτ = 1.1 V So sánh hai cặp giá trị ta chọn cặp giá trị bé : Ta tính : g h gτ 2; ÷ = ( 0.01;1.1) V V gh V 282 h = ÷ = 0.01 = 0.799(m) 9.81 V g gτ V 28 τ = ÷ = 1.1* = 3.14 9.81 V g (s) λ= g τ 9.81*3.142 = = 15.4(m) 2.π 2*3.14 λ Kiểm tra lại sóng nước sâu: H > 0,5 λ H = 26(m) > 0,5 = 0.5*15.4 = 7.7 (m) hS - Tính hS1% : hS1% = K1% gD = 30.031 V2 K1% = 2.09 Trong K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng ⇒ ⇒ hsl% = 2.09*0.799= 1.67(m) - Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái độ nhám tương đối mái Mái đập gia cố đá xây,BT nên ∆ =(0.015÷0.02), Ta lấy ∆= 0.02 ∆ 0.02 → = = 0.011 hs1% 1.67 → K1 = 0.95 ; K2 =0.85 - Hệ số K3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m : SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất Chọn sơ hệ số mái: mt = ; mh =2.5 Tra bảng P2-4 ⇒ K3 = 1,5 (Vgió = 28m/s > 20m/s) λ - Hệ số K4 tra đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số λ hSL1% Ta có: = 15.4 = 9.222 1.67 ⇒ hSL1% K = 1,3 ⇒ hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% = 0.95*0.85*1.5*1.3*1.67 = 2.63 (m) Vậy Zđđ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a = 78 + 0.0148 + 2.63 + 0.7 =81.345(m) b/ Xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDGC ( xác định bình quân lớn V’) : ∆h + Xác định ’: ∆h ’, hsl’ ứng với gió V '2 D' ∆h' = 2.10 cosα B ' g.H' −6 Trong đó: V’: Là vận tốc gió bình quân lớn : V’ =12 (m/s) D’: Đà sóng ứng với MNDGC (D’ = 2.4 + 0.3 = 2.7 km = 2.7*103 (m) g: Gia tốc trọng trường g = 9.81 m/s2 H’ : Chiều sâu nước trước đập H’ = MNDGC - ∇đáy = MNDBT + Hmax -∇đáy = 78 + - 52 = 29(m) αB’: Góc kẹp trục dọc hồ với hướng gió , lấy αB’ = 00 12 * 2.7 *10 ∆h' = 2.10 cos 0 = 0.0027(m) 9.81 * 29 −6 + Xác định hsl’: Chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định sau: 7 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất h’sl 1% = K’1 K’2 K’3 K’4 h’s1% Trong đó: h’s1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% K’1 , K’2, K’3, K’4 - Các hệ số - Xác định h’s1%: Giả thiết trường hợp xét sóng nước sâu H’ > 0,5 Ta có : λ' gt 9.81 * * 3600 = = 17658 V' 12 gD' 9.81 * 2.7.10 = = 184 V '2 12 Tra phụ lục P2-1 ta có : Với Với gt = 17658 V' gD' = 184 V '2 ⇒ ⇒ So sánh (1) (2), ta lấy giá trị bé là: Ta tính : gh = 0.12 V '2 gτ = 5.1 V' gh = 0.023 V' gτ = 1.85 V ' (2) g h gτ 2; ÷ = ( 0.023;1.85 ) V V gh V 122 h ' = ÷ = 0.023* = 0.338( m) V g 9.81 gτ V 12 τ ' = ÷ = 1.85* = 2.263 9.81 V g g τ '2 9.81* 2.2632 λ'= = = 8.0 2.π 2*3.14 Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 (1) λ' (s) (m) Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất - Tính h’s1% = K1% H’ =29 > 0,5 h'S λ' = 0.5*8.0 =4.0 (m) Trong đó: K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng g.D ' = 184 → K = 2.1 1% V '2 h’s1% = 2.1*0.338 = 0.71 (m) - Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái độ nhám tương đối mái Mái đập gia cố đá xây,BT nên ∆ =(0.015÷0.02), Ta lấy ∆= 0.02 ∆ 0.02 → = = 0.028 h 's1% 0.71 → K’1 = 0.87 ; K’2 = 0.77 - Hệ số K’3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m Chọn sơ hệ số mái : mt = Tra bảng P2-4 với Vgió =12 m/s ta K’3 = 1,2 - Hệ số K’4 tra đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số Ta có: λ' 8.0 = = 11.268 h 'SL1% 0.71 ⇒ λ' h'SL1% K ' = 1.6 ⇒ h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4.h’s1% = 0.87*0.77*1.2*1.6*0.71 = 0.913(m) ∆h ∆h Vậy Zđđ2 = MNDGC + ’ + h’sl + a’ = MNDBT + Hmax + ’ + h’sl + a’ = 78+3+ 0.0027 + 0.913+ 0.5 = 82.416(m) c/ Xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT Với tần suất lũ kiểm tra xác định theo qui phạm thì: Zđđ3 =MNLKT+a’’ Nhưng MNLKT tài liệu thực đo nên ta xét điều kiện tính toán ⇒ Chọn cao trình đỉnh đập: Zđđ = max(Zđđ1, Zđđ2)=max(81.345;82.416)=82.416(m) Vậy cao trình đỉnh đập là: Zđđ = 82.416m; ta chọn cao trình đỉnh đập thiết kế: Zđđtk =82.5m 9 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất b) Bề rộng đỉnh đập: Theo yêu cầu thiết kế, đường giao thông nên để thuận tiện cho thi công phù hợp với cấu tạo đập ta chọn B=5m 2- Mái đập: - Chiều cao đập H= Zđđ - Zđáy = 82,5-52 = 30,5(m) Sơ hệ số mái: Do chiều cao đập H=30,5m10m) : 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) H [J ] - Dưới đáy: Thường δ2 ≥ , Trong đó: Với vật liệu làm tường đất sét,tra bảng tiêu chuẩn ngành ta có: [J ] [J ] =(5÷10) ⇒ Lấy =6 H- Là cột nước chênh lệch trước sau tường chống thấm,ở ta tính trường hợp mực nước phía sau tường cực tiểu (tức 0) trước tường Hmax H= Hmax = MNDGC - ∇đáy = MNDBT + Hmax -∇đấy = 78 + – 52 = 29 (m) H 29 [J ] ⇒ δ2 ≥ = = 4.83 chọn δ2 = 5.5(m) +) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng cao trình đỉnh đập đất 10 10 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất +) Chiều dày sân phủ : - đầu : chọn t1 = (m) H 29 [J ] - cuối : t2 ≥ = = 4.83 ⇒ chọn t2 = 5( m) +) 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 Sơ lấy Ls = (3 ÷ 5) Hmax Trong Hmax= 29 => Ls= 4* 29 = 116 (m) 4- 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 = 63.7 - 52 =11.7 ( m) HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 61.5 - 52 = 9.5( m) Chọn thoát nước kiểu lăng trụ - Độ vượt cao đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ 1-2m Chọn 1,8 - Do chiều cao lăng trụ = 11.7 + 1,8= 13.5m - Bề rộng đỉnh lăng trụ: chọn b =4m - Mái sau lăng trụ m4 = (1 ÷ 1.5) ⇒ chọn m3=1.5 - Mái trước lăng trụ m5 =(1.5 ÷ 2) ⇒ chọn m4=2 b) Cơ đập: - Đập cao 30.5m> 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 +65.5) - Bề rộng Bcơ = 4m ta chọn thoả mãn yêu cầu giao thông lại Sơ đồ mặt cắt ngang đập 11 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 11 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất 5m +82.5 +78 1m 4m +61.5 +82.5 5.5m +52 13m 1m a) b) Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu nước Ta chọn thoát nước kiểu áp mái V- Tính toán thấm qua đập : - Nhiệm vụ trường hợp tính toán: a) Nhiệm vụ tính toán: - Xác định lưu lượng thấm q - Xác định đường bão hòa đập - Kiểm tra độ bền thấm đập b) Các trường hợp tính toán: Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho trường hợp làm việc khác đập - Thượng lưu MNDBT, hạ lưu mực nước tương ứng; thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường - Thượng lưu MNDGC, hạ lưu mực nước max - thượng lưu mực nước rút đột ngột - Trường hợp thoát nước làm việc không bình thường - Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng Đồ án ta tính thấm cho trường hợp thứ Cụ thể là: Thượng lưu MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 78 - 52 = 26(m) Hạ lưu mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 61.5 - 52 = 9.5(m) Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ, sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ 2- Tính thấm cho mặt cắt lòng sông: Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ: 12 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 12 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất +88 +82 y 1m x kd h2 5m 1m +62 +62,5 h3 h1 ao +76 13m +51 Ls kn L m1h3 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,xét cho đoạn phía trước h3 Vì hệ số thấm vật liêu làm tường sân phủ nhỏ nhiều so với hệ số thấm nên xét gần ta bỏ qua lưu lượng thấm tường nghiêng sân phủ q = qn = k n J n ωn ⇒ n q=k : (với (h1 − h3 )T 0.44T + Ls + mh3 y = 2.a0 x Đoạn thân đập sau h3 Jn = (với h1 − h3 Ls + mh3 + 0.44T ω =T (1) a = (h3 − h2 ) + L2 − L ) q = qd + qn h32 − (a + h2 ) [h − (h2 + a )]T q = Kd + kn 2L L + 0,44T Trong đó: - Hệ số thấm đất đắp đập: Kđ = 10-5 m/ - Hệ số thấm kn = 10-6m/s 13 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 13 ; ) Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất L = H.m1+B+17m2-m1.h3 -m31.8 =30.5*3,75+5+17*3.25-3.75*h3 -1.8*1.5= 171.925-3.75* h3 LS = 116 m ; T =13 m ; h1 = 26 m ; h2 = 9.5 m δ : Chiều dày trung bình tường nghiêng = 3.25m n : Hệ số điều chỉnh chiều dài đường thấm = 0,44T Thay giải hệ phương trình : 26 − h3 26 − h3 −6 q = 13.10−6 ÷ = 13.10 121.72 + 3, 75h3 116 + 3, 75h3 + 0, 44.13 h32 − ( a0 + 9.5) h3 − ( a0 + 9.5) q = 10 + 10−6 2(171,925 − 3, 75h3 ) 171.925 − 3, 75.h3 + 0, 44.13 (1) −5 (2) a0 = ( h3 − 9.5) + (171.925 − 3, 75.h3 ) − (171.925 − 3, 75h3 ) (3) Dùng phương pháp thử dần để giải hệ phương trình(1)(2)(3) ta được: h3 = 11 (m) ; a0 = 0,0088 m q = 1,194.10-6(m/s) b) Phương trình đường bão hòa: Vậy phương trình đường bão hoà là: Y2 =2.a0.x =2*0.0088x = 0,0176 x Từ ta xây dựng phương trình đường bão hoà sau: *) Kiểm tra độ bền thấm : 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 : 14 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 J 14 d k ≤ [Jk]đ Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất d k h3 − h2 L 11 − 9.5 171.925 − 3.25*11 Trong : J = = ≈ 0.011 Tra Phụ lục P3-3 với công trình cấp III loại đất làm đập cát pha : [Jk]đ = 0.65 d k Ta thấy J ≤ [Jk]đ , thân đập bảo đảm điều kiện thấm - Với đập bảo đảm điều kiện : n k J ≤ [Jk]n n k h1 − h2 Ls + L + m1h3 + 0,88.T − m3 h2 26 − 9.5 116 + 171.925 + 0.88*13 − 1.5*9.5 Trong : J = = ≈ 0.0579 [Jk]n phụ thuộc loại cấp công trình, lấy theo Trugaép Tra phụ lục P3-2 với công trình cấp III đất cát trung bình ta có: [Jk]n = 0.28 n k y 5m +82.5 +78 h3 ko Zo 1m h1 kn x ao 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 Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình dưới) : L *) Lưu lượng thấm: Theo phương pháp phân đoạn ,lưu lượng thấm q độ sâu h ,a xác định từ hệ phương trình sau : 15 15 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất h32 − a02 q = K d 2( L − m1h3 − m2 a0 ) a0 q1 = K d m2 + 0,5 h12 − h32 − Z 02 q2 = K 2δ sin α q=q = q = q Với L = (82.5 – 61.5)(3.75+3.25) + = 152 (m) h1 = 78 –61.5 = 16.5 (m) δ = (5.5+1)/2 = 3.25(m) m1 = 3.75 m2 = 3.25 Z0 = δcosα ≈ 3.14 (m) K0 = 4.10-9 (m/s) Kd = 10-6 (m/s) Dùng phương pháp thử dần ta : a0 = 0.22 (m) h3 = 4.0 (m) q = 0.59*10-6 (m/s) b) Đường bão hòa: Trong hệ trục hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng: h32 − y= 2q x = 16 − 0.118.x kd c) Kiểm tra độ bền thấm: Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ Trong đó: ≤ [Jkđ] h3 = = 0.0292 L − m1h3 152 − 3.75* Jkđ = Vậy Jkđ = 0.0292 < [Jkđ] = 0.65 ⇒ 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 : 16 16 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất - 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 MNDGC, 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 MNDGC 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 = 35.25 ; β = 25 Tra bảng (6-5) Giao trình Thuỷ công ta có với m=3.25 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 (6-6) Giáo trình thủy công Với m = 3.25 R R H H ⇒ = 2.663 R = ( ).H= 2.663*30.5 = 82.222(m) r r H H ⇒ = 1,125 r = ( ).H = 1.125*30.5 = 34.313(m) Kết hợp phương pháp ta tìm phạm vi có khả chứa tâm cung trượt nguy hiểm đoạn AB 17 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 17 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất B c d O1 A M1 f e 30.5 M2 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 Kmin ứng với tâm O đường thẳng AB Từ vị trí tâm O ứng với K kẻ đường thẳng X-X vuông góc với đường AB Trên đường X-X ta lại lấy tâm O khác vách cung qua điểm P1 chân đập Tính K với cung này, vẽ biểu đồ trị số K, theo tâm O ta xác định trị số Kmin ứng với điểm P1 chân đập Với điểm P2, P3 mặt hạ lưu đập, cách tương tự ta tìm trị số Kmin tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ K 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) Tuỳ vào tâm trượt khác ta có R khác RO1 = 80 (m) RO2 = 73.3 (m) RO3 = 91.4 (m) RO4 = 71 (m) RO5 = 101 (m) Trong đồ án yêu cầu Kmin ứng với điểm P1 chân đập b) Xác định hệ số an toàn K cho cung trượt : 18 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 18 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất 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 : O1 13.0427 19 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 19 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất O3 20 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 20 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất O5 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 Gn = b( (∑ γ i hi )n 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) 21 21 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất 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) Kết tính toán Bảng 1,2,3,4,5,: Ta Kmin = 1.25 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] = 1.2 Và đồng thời thoả mãn điều kiện kinh tế: Kmin < 1,15[K] = 1.38 Như vậy: [K] = 1.2 < Kmin = 1.25 < 1,15[K] = 1.38 Vậy kích thước đập thiết kế hợp lý 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: 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 (hs = 4.25m) 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: 3 B k.γ n.hS 1− (γ d − γ n ).cosα 4 LS hb = Trong đó: 22 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 22 Đồ án Thuỷ Công - Thiết Kế Đập Đất γ γ γ γ , đ : Dung trọng nước đá ( n = 1T/m ; đ = 2.5T/m3) hs : Chiều cao sóng B: Bề rộng đá vây hb: Chiều dày đá vây α : Góc nghiêng mái đập mặt nằm ngang (α =1409’) k: Hệ số lấy k = 0.23 Ls: Chiều dài sóng Ls = 12.87(m) n hb = 0.23 *1 * 1.533 1.5 − (2.5 − 1) * cos 14 9' 12.87 = 0.24(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 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 26 / / 2008 23 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 23 ... trình đỉnh đập là: Zđđ = 82.416m; ta chọn cao trình đỉnh đập thi t kế: Zđđtk =82.5m 9 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 Đồ án Thuỷ Công - Thi t Kế Đập Đất b) Bề rộng đỉnh đập: Theo yêu cầu thi t kế, đường... hướng vào tâm Sơ đồ cung trượt hình vẽ sau : O1 13.0427 19 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 19 Đồ án Thuỷ Công - Thi t Kế Đập Đất O3 20 SV: Hoàng Thị Lụa- Lớp 48C1 20 Đồ án Thuỷ Công - Thi t Kế Đập. ..Đồ án Thuỷ Công - Thi t Kế Đập Đất Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu Loại Đất đắp đập (chế bị) Sét(Chế bị) Cát Đất HS rổng n Độ ẩm W% 0.35 20 23 20 3.0