Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Ngày nộp:

I Số liệu ban đầu:

1 Trường hợp 1: TK đập bê tông trọng lực theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Mực nước thượng lưu : H1 = 30 m Mực nước hạ lưu : H2 = 0

Chiều sâu tầng thấm : T = 5 mĐất sét có : γĐ = 1,61 T/m3

Hệ số thấm của nền : Kn = 10-3 m/ngd Lực dính : C = 2 T/m2

2 Trường hợp 2: TK đập đất có tường nghiêng và sân phủ

Mực nước thượng lưu : H1 = 30m Mực nước hạ lưu : H2 = 0

Hệ số thấm của nền : Kn = 0,001 m/ngđLực dính : C = 2T/m2

Hệ số ma sát f = 0,6

3 Trường hợp 3: TK đập đá có tường nghiêng

Mực nước thượng lưu : H1 = 30 m Mực nước hạ lưu : H2 = 0

Chiều sâu tầng thấm : T = 5 mĐất sét: γĐ = 1,61 T/m3

Hệ số thấm của nền : Kn = 10-3 m/ngdLực dính : C = 2T/m2

2 Yêu cầu

2.1 Nội dung

2.1.1 Đập đá có tường lõi:

STT Công việc Tiến

độ Thực hiện1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thước của tường

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và nền

4 Kiểm tra ổn định của đập :- Kiểm tra trượt phẳng- Kiểm tra ổn định lật

2.1.2 Đập BT trọng lực theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng

Thực hiện1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thước của tường

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và nền theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng

4 Kiểm tra ổn định của đập :- Kiểm tra trượt phẳng- Kiểm tra ổn định lật

2.1.3 Đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước

Thực hiện1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thước của tường

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và nền

4 Kiểm tra ổn định của đập :- Kiểm tra trượt phẳng- Kiểm tra ổn định lật

- Kiểm tra ổn dịnh mái dốc theo phương pháp trươt cung tròn

2.2 Quy cách

2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trước khi tính.

2.2.2.Các hình vẽ minh hoạ , bảng biểu ,đồ thị phải có tên và đánh số thứ tự.2.2.3.Các công thức phải đánh số thứ tự.

2,2,4 Nếu áp dụng tin học vào tính toán phải đưa vào phụ lục.

2.2.5.Thuyết minh khổ A4, bìa nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ li(khuyến khích làm bằng máy tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:

- Bìa ngoài;- Nhiệm vụ BTL;- Mục lục;

- Nội dung tính toán;- Phụ lục tính toán;- Tài liệu tham khảo.2.3 Thưởng, phạt:

2.3.1.Thưởng

Chương I:

THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

(Phương pháp tỉ lệ đường thẳng)⇓1 Cơ sở lí thuyết

I Thiết kế mặt cắt đập:

Phân tích mặt cắt kinh tế của đập

Khi thiết kế mặt cắt của đập thường xét tới 3 điều kiện:- Điều kiện ổn định:

Đảm bảo hệ số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất phải lớn hơn một trị số cho phép.

Điều kiện ứng suất: khống chế không được xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu, hoặc có xuất hiện nhưng phải nhỏ hơn một trị số cho phép ứng suất nén chính ở mép hạ lưu phải không được lớn hơn trị số cho phép.

Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng công trình là nhỏ nhất.II Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất:

- Xét 1 đoạn đập có chiều dài 1m, tiết diện ngang là ABC, chiều cao h, chiều rộng đáy B Hình chiếu mái TL là nB, hình chiếu mái HL là (1-n)B, MN TL ngang đỉnh đập, HL đập không có nước Các lực tác dụng lên đập gồm có:

∑ ±

Trong đó:

G - tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt ngangM0 - tổng mô men các lực thẳng đứng đối với điểm OG = G + W2 - Wt

h.B

Ứng suất theo phương thẳng đứng ở mép thương lưu và hạ lưu đập khi hồ đầy nước

1 = h.[1.(1-n) + n.(2-n) - 1 - h2/B2]2 = n.h(1 -  - n.) + .h3/B2

Khi Tl không có nước (mới thi công) ứng suất pháp tại mép TL và HL:o1 = 1.h.(1-n)

đập có B min khi 1(1−n)+n(2−n)−α1γ

maxĐạo hàm 1(1−n)+n(2−n)−α1

và cho = 00

⇒ 1+2−2.n=0γ

Cho g1 = 2,4; g = 1 ⇒ n = -0,2 ⇒ n< 0 Mái TL dốc ngược Xét về mặt thực tế mặt cắt như vậy là không ổn định khi TL không có nước Do vậy người ta chọn mặt cắt đập BT là  vuông có mái TL thẳng đứng (n = 0)Trường hợp này bề rộng đáy đập tính theo công thức

Với mặt cắt cơ bản là D vuông mái TL thẳng đứng, thì ứng suất mép TL, HL đập là:

- Khi hồ đầy nước 1 = 0 2 = (1 - ).h- Khi hồ không có nước o1 = 1.h , o2 = 0Nếu 1 = 0,5 ; 1/ = 2,4 ⇒ B = 0,72.hNếu 1 = 0 ; 1/ = 2,4 ⇒ B = 0,65.h

Khi 1 = 0, trường hợp không có áp lực thấm thì bề rộng B nhỏ hơn áp lực thấm dưới nền, khối lượng vật liệu giảm từ 10 - 25% Vì vậy cần có biện pháp chống thấm dưới đáy công trình để làm giảm áp lực thấm.

III Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trượt:Điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định là:KC.W1 = f.G

Trong đó:

f - hệ số ma sát giữa đập và đất nềnKC - hệ số an toàn của đập.

Nếu n = 0, f = 0,7; 1/=2,4 ; 1 = 0,5 ; KC = 1 ⇒ B = 0,75hNếu n = 0, f = 0,7; 1/=2,4 ; Q1 = 0 ; KC = 1 ⇒ B = 0,6h

Nhận xét: từ kết quả tính B như trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đế đập theo điều kiện cường độ quyết định, nếu áp lực thấm thì bề rộng đế đập theo điều kiện ổn định khống chế.

Với nền đá có hệ số ma sát nhỏ, để thỏa mãn điều kiện ổn định trượt thì bề rộng đế đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0) Vì vậy để tăng cường ổn định người ta đào móng nghiêng về phía TL.

IV Phương pháp tỉ lệ đường thẳng ( phương pháp kéo dài đường chu vi thấm):

- Nguyên tắc: kéo dài toàn bộ chu vi thấm dưới đáy công trình thành đường nằm ngang

- Sau khi kéo dài chu vi thấm thành đường nằm ngang, từ điểm 7 ta dóng lên cột nước H = H1 - H2 Vì tổn thất cột nước tỉ lệ bậc nhất với chiều dài đường viền nên ta nối điểm O với điểm 1.

- Muốn tìm áp lực thấm tại 1 điểm nào đó ta kẻ 1 đường thẳng góc với đường 7-1 Cột nước thấm tại 1 điểm cách mép HL đường viền 1 đoạn x là:

Trong đó:Ltt > C.HLtt = Ld + Ln/m

Ld - chiều dài tổng cộng các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên so với đường nằm ngang có góc > 450

Ln - chiều dài tổng cộng của đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc so với phương nằm ngang < 450

C - hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền được tra bảng 3.2/GT Thủy công.

m - hệ số tiêu hao cột nước trên các đoạn thẳng đứng hoặc nằm ngang Hệ số này lấy theo sơ đồ đường viền thấm dưới đáy công trình

Khi có 1 hàng cừ: m = 1 - 1,5Khi có 2 hàng cừ: m = 2 - 2,5Khi có 3 hàng cừ: m = 3 - 3,5

Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 30m và chiều rộng đáy là B Hình chiếu mái thượng lưu là nB, hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B.

n Vì n = - 0,2 nghĩa là mái dốc thượng lưu đập có độ dốc ngược, gây khó khăn cho việc thi công, mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên mặt hạ lưu, do đó lấy n = 0 Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau:

2 Mái dốc thân đập:

Mái dốc đập thượng lưu : m0 = 0 Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 0,7

3 Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất

Ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo công thức nén lệch tâm

II Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất

Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt, theo điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định của đập

Trong đó

f : Hệ số ma sát giữa đập và nền(= 0,6)Kc : Hệ số an toàn ổn định của đập ( = 1)

ΣG : Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt

W1 : áp lực nước nằm ngang tác dụng lên mái đập thượng lưun

α1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)

⇒Wt =1/2.27.30.1.0.5 = 202,5T

Vậy ΣG = W2 + G - Wt = 1152 – 202,5 = 949,5TCó W1 = 450T < f.ΣG = 569,7T ⇒ Đập ổn định.III Tính lưu lượng thấm theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng

Đối với nền cát, không có tầng lọc ngược ở hạ lưu, lấy J = 0,2

⇒ 0,2vk.JL

Ltt > C.H

IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình.

Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng do sóng, trọng lượng nước đè, trọng lượng bản thân đập, áp lực đẩy nổi, áp lực nước.

1 Xác định tải trọng do sóng:

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:

P2 = no nb 2γ 2 (2-4).Trong đó:

γ - Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3).h - Chiều cao sóng(= 3,5m).

ta có knb=0,85.kno - Hệ số xác định theo công thức:

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P2 = 7T/m2.Xác định tung độ z2:

B = .0,95−(0,84 −0,25).λ=0,9.

==

V Kiểm tra ổn định của đập.

1 Kiểm tra ổn định trượt phẳng:

Dựa vào sơ đồ lực đã tính toán ở trên ta có :Tổng các lực gây trượt là Ftr=457T.

Tổng các lực đứng là N = 949,5T

Tổng lực giữ là Fg = N.fmas= 949,5.0,6 = 569,7T.Vậy ta có hệ số ổn định trượt là:

Ktr= 1,54 [ ] 1,5457

Hệ số lật là: Kl = 2,8 [ ] 1,54605

13140=> Kl =

Vậy đập ổn định lật.

Chương II Đập đất có tường nghiêng và sân phủ

I) Cơ sở lý thuyết1) Khái niệm chung

Đập đất là loại đập được xây dựng sớm nhất khoảng 3000 năm ở Ai Cập, Trung quốc, ấn độ Hiện nay đập đất vẫn được dùng phổ biến hơn cả Đập đất có những ưu điểm sau:

- Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm vật liệu quý: sắt , bêtông, ximăng- Cấu tạo dơn giản , giá thành rẻ

- Bền, chống thấm, chống chấn động tốt- Dễ bảo quản, dễ tôn cao đắp dày thêm

- Trên mỗi loại nền đều có thể đắp loại đập đất

- Nhờ phát triển của nhiều ngành khoa học: địa chất công trình, cơ học đất nền móng, lý thuyết thấm nên chất lượng thiết kế ngày càng cao mặt khác việc xây dựng đập đất đã có những tích luỹ nhiều phong phú

2) Các lích thước cơ bản mặt cắt ngang đậpa) Cao trình đỉnh đập

CT đỉnh đập=CTMN dâng bình thường+dCT đỉnh đập=CTMN lũ+d,

d,d,: độ vượt cao của đỉnh so với mực nước dâng bình thường và mực nước lũ

tÇng kh«ng thÊm

Thường hệ số thấm củ tường nghiêng và sân phủ rất to nên bỏ qua lưu lượng thấm ở bộ phận này được tính theo công thức

Trong đó

N1 hệ số điều chỉnh n1=(1+n)/2L tra bảng 5-4 nhưng thay L=S+m.h3

b) Trường hợp có thiết bị thoát nước

tÇng kh«ng thÊm

Đối với đập có thiết bị thoát nước công thức 5.31 vẫn thích hợp còn đường bão hoà biểu thị theo phương trình x

22 =(3−2)

Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/sLực dính : C = 2 T/m2

1 Xác định các kích thước cơ bản của đập :

a.Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

CTĐĐ = CTMN_lũ + d’Trong đó :

d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.

2)Xác định kích thước của tường nghiêng và sân phủ:

Kích thước tường nghiêng:Chọn bề dày t1 = 1 m

t2 = 0,1.H = 0,1.30= 3 m 3)Lưu lượng thấm qua đập :

Chiều dày tường giả định T=t.K/Ko=2 53

=200mBề rộng đập quy ước B=b+t.(K/Ko-1)=5+2( 53

-1)=203mVị trí của trục Oy của đập giả định

Lưu lượng thấm qua tường thượng lưu :

Lưu lượng thấm qua thân đập :

α

Lưu lượng thấm qua thân đập hạ lưu :

Giải 3 phương trình trên ta tìm được : q , h3 , h0 , S Với : S = L – m1 *h3 – h0 *m2

Lưu lượng thấm qua đập : q = 1.051*10-7 m/sChiều dài tầng thấm : S = 251,982 m

Chiều cao tầng thấm phía thượng lưu : h3 = 2.312 mChiều cao tầng thấm phía hạ lưu : h0 = 0.194 m

Xác định chiều dài sân trước , ta dựa vào công thức sau :

Trong đó :

K1 – hệ số thấm của đất nền ( K1 = 10-5 m/ngd )S1 – chìều dài sân trước

n – hệ số hiệu chỉnh ( n = 1.15 )

T – chiều dày tầng thấm ( T = 5 m )4) Kiểm tra điều kiện ổn định

a Xác định tải trọng do sóng:

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:

P2 = no nb 2γ 2 (2-4).Trong đó:

γ - Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3).h - Chiều cao sóng(= 3,5m).

311 *Sm *h

+−=

knb - Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 3,285

ta có knb=0,85.kno - Hệ số xác định theo công thức:

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P2 = 7T/m2.Xác định tung độ z2:

B = .0,95(0,840,25).=0,9.

c) Kiểm tra ổn định của đập.

- Kiểm tra ổn định trượt phẳng:

Dựa vào sơ đồ lực đã tính toán ở trên ta có :Tổng các lực gây trượt là Ftr=457T.

Tổng các lực đứng là N = 949,5T

Tổng lực giữ là Fg = N.fmas= 949,5.0,6 = 569,7T.Vậy ta có hệ số ổn định trượt là:

Ktr= 1,54 [ ] 1,5457

Hệ số lật là: Kl = 2,8 [ ] 1,54605

Vậy đập ổn định lật.

I) Cơ sở lý thuyết

1) Khái niệm chung

Đập đá là loại đập được xây dựng bằng đá Đá đổ tự do hoặc xếp xây khan, không cần chất kết dính Đây là một loại đập được xây dựng ở nhiều nơi có nhiều đá giao thông thuận lợi

Những đập được xây dựng bằng đá, khai thác ở mỏ không gia công được gọi là đập đá đổ Những đập được xây dựng bằng đá theo một trình tự nhất định gọi là đập đá xây khan

Cao trình đỉnh đập: không cho tràn nước và độ vượt cao của đập xác định giống như đập đất

3) Tính them đập đá có tường nghiêng

Đối với đập đá hỗn hợp có tường nghiêng mềm bằng đất sét và phần hạ lưu đá đổ trên nền không them Theo Pvơlôpki dùng công thức để tính lưu lưọng thấm:

1) Xác định các kích thước cơ bản của đập :

a).Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

CTĐĐ = CTMN_lũ + d’Trong đó :

d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.

Ta tính toán cho trường hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ.

d).Xác định kích thước của tường nghiêng :

Chọn bề dày t1 = 1 mChọn bề dày t2 = 3 m

Mặt cắt ngang đập như hình vẽ:

2) Tính toán lưu lượng thấm qua đập :

Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lưu lượng thấm qua tương

nghiêng Do môi trường đá đổ có khe rỗng đá lớn cho nên sự chuyển động của nước không tuân theo định luật Đacxy dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính gần đúng theo công thức của Pa vơ lốp ki sơ đồ tính như hình vẽ trên.

Ta có phương trình lưu lượng thấm như sau :

3 )Xác định các lực tác dụng lên đập:

Tính cho một mét dài đập A)Áp lực thuỷ tĩnh :

Tính cho một mét dài tường

tầng không thấm

Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đỏy:P = γ.H = 30 T/m2

W1 = P.H/2 = 30.30/2 = 450 Te = H/3 = 10m

Áp lực nước tỏc dụng trờn mỏi dốc :W2 = Vn.γn = 30*10*30*1/2 =4500 Tỏp lực đẩy nổi :

W3 = 0,5.30.(32.3 + 5 + 32.2,4)/2 = 1333,5 TTrọng lượng bản thõn đập :

G1 = 30.3.30.1,45/2 = 1957,5 TG2 = 32.5.1,45 = 232 T

G3 = 32.2,4.32.1,45/2 = 1781,76 TTổng trọng lượng : G = 3347,26 T2)Tải trọng súng tỏc dụng lờn đập :

Sơ đồ tớnh ỏp lực súng lờn cụng trỡnh dạng mỏi nghiờng:

đỉnh đê

Tải trọng súng tỏc dụng lờn đập dạng mỏi nghiờng được xỏc định theo cụng thức:

Trong đú:

γ - Trọng lượng riờng của nước (γ=1T/m3).

h - Chiều cao sóng(= 3,5m).2

P - áp lực sóng tương đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h = 3,5m

P ⇒ P2=1,75.

knb - Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 3,285

ta có knb=0,85.kno - Hệ số xác định theo công thức:

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P2 = 7T/m2.Xác định tung độ z2:

B = .0,95−(0,84 −0,25).λ=0,9.

Thay Lα vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1 = 0,256m; l2 = 0,544m ; l3 = 0,66m; l4 = 1,38m.

4)Kiểm tra ổn định của đập

Việc kiểm tra ổn định của đập tương tự như đập đất đồng chất do đó ở đây ta không tính lại nữa.(do đậpcó trọng lượng lớn hơn đập đât và có áp lực đẩy nổi nhỏ hơn do co hệ số rỗng lớnnên ta coi là an toàn và không cân kiểm tra)