Đồ án môn học thủy côngThiết kế đập đất

ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Đồ án môn học thủy công Sinh Viên Lớp Số Đề Đầu Bài Thiết kế đập đất : Đinh Công Đôn : 50 CDC1 : 96 :D A Tài liệu cho trước I Nhiệm vụ cơng 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 ni cá lịng hồ, tạo cảnh quan mơi trường, sinh thái phục vụ du lịch II Các cơng trình chủ yếu khu đầu mối Một đập ngăn sơng 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 có ∇ max = 130 m ; ∇ = 80 m Địa chất Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập Chỉ tiêu lý lớp bồi tích lịng sơng cho bảng Tầng đá gốc rắn chắc, 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 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m 3, cự ly 1km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh tiêu bảng Điều kiện khai thác bình thường SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b) Đá: Khai thác vị trí cách cơng trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu cơlý:  = 320 ; n = 0,35 (của đống đá); k = 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 Bảng1 - Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu HS rỗng n Loại C (T/m2)  (độ) Độ ẩm W Tự % nhiên k k Bão hoà Tự nhiên Bão hoà (T/m ) (m/s) 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10-5 Sét (chế bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 4.10-9 Cát 0,40 18 30 27 0 1,60 10-4 Đất 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10-6 Đất đắp đập (chế bị) Bảng - Cấp phối vật liệu đắp đập 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 Đặc trưng hồ chứa - Các mực nước hồ mực nước hạ lưu: Bảng - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn: Hmax = 3m SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT P% 20 30 50 V (m/s) 32 30 26 17 14 12 - Các vận tốc gió tính tốn ứng với mức đảm bảo P%: - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D = 3,0km; ứng với MNDGC: D’ = D + 0,3 = 3,0 + 0,3 = 3,3 km - Đỉnh đập khơng có đường giao thơng chạy qua Tài liệu thiết kế cống + Lưu lượng lấy nước ứng với: MNDBT : Qcống = 3,8 (m3/s) MNC : Qtk = 4,2 (m3/s) + Mực nước khống chế đầu kênh tưới : 115,31 (m) + Tài liệu kênh chính: Hệ số mái m = 1,5 ; độ nhám n = 0,025; độ dốc đáy; i = (35)10-4 Bảng 3- Tài liệu thiết kế đập đất cống ngầm Đặc trưng hồ chứa Đề số Sơ đồ D MNC (km) (m) MNDB T (m) Mực nước hạ lưu (m) Bình thường Max Qcống (m3/s) Khi Khi MNC MNDBT (Qtk) Mực nước đầu kênh (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 96 D 1.5 89 109 84.1 85.8 3.6 88.65 SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT B -Trình tự tính tốn thiết kế I – Chọn tuyến đập : Ta chọn tuyến đập D-D hình vẽ, : - Tuyến đập D-D ngắn có địa hình dốc - Tại tuyến đập có đá gốc rắn chịu áp lực cơng trình sau xây dựng hạn chế khả thấm qua cơng trình.Tuy nhiên, tuyến đập có tầng đất đá phong hố tương đối dày (khoảng 0,5÷ 15m) với biện pháp giới bóc bỏ dễ dàng - Ngồi 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 cơng vận chuyển dùng đá tiết kiệm vật liệu có giá thành đắt sắt, thép, ximăng - Đập đát tương đối bền chống chấn động tốt - Đập xây dựng đá gốc rắn chắc, tầng đất đá phong hố bồi tích bóc bỏ nên tính thấm lún nhỏ - Đẻ xử lý thấm qua thân đập ta xử lý thấm thân đập III – Xác định tiêu thiết kế : a) Xác định cấp cơng trình : Xác định theo hai điều kiện: • Theo chiều cao cơng trình loại nền: Cao trình đập : ∇ đập = MNDGC + d = MDDBT + Hmax +d Trong : MNBT = 109 m (Theo đề phân cơng) d : độ cao an tồn, chọn d = m Hmax : cột nước đỉnh tràn, Hmax = m ⇒ ∇ đập = 109 + + = 114 (m) Mặt khác, từ bình đồ ta có ta có : ∇ đáy đập = 79 m Vậy chiều cao đập : Hđ = ∇ đập - ∇ đáy đập = 114 – 79 = 35 (m) Tra phụ lục P1-1 ta có : Đập thuộc cơng trình cấp II • Theo nhiệm vụ cơng trình vai trị cơng trình hệ thống : Theo đầu bài,Thì nhiệm vụ cơng trình cấp nước tưới cho 1650 ruộng đất canh tác, tra phụ lục P1-2 cơng trình thuộc hệ thống thuỷ nông tưới cho < 2.10 nên cơng trình thuộc cơng trình cấp III Vậy, để đáp ứng hai điều kiện ta chọn cơng trình cấp II b) Các tiêu thiết kế : - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn để tính ổn định kết cấu cơng trình: Tra bảng phụ lục P1-3 ứng với cơng trình cấp II ta có: P% = 0,5 - Tra bảng phu lục P1-6 ta hệ số tin cậy : kn = 1,2 SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT - Tần suất gió lớn gió bình qn lớn tương ứng vớiP = 2%vàP = 50% Theo quan hệ tài liệu cho ta có : P = 2% ⇒ v = 32 m/s P = 20% ⇒ v = 17 m/s - Độ vượt cao đỉnh đập đỉnh sóng: Tra Bảng 5-1 Giáo trình Thuỷ Cơng ta có : ứng với MNDBT ⇒ a = 0,7 ứng với MNDGC ⇒ a’ = 0,5 IV- Xác định kích thước đập : 1- Đỉnh đập: a) Cao trình đỉnh đập: - Xác định từ mực nước: MNDBT MNDGC Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a Z1 = MNDGC + ∆h’ + hsl’ + a’ Trong đó: ∆h ∆h’ : Độ dềnh gió ứng với tính tốn lớn gió bình quân lớn hsl hsl’ : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính tốn lớn gió bình qn lớn a a’: Độ vượt cao an toàn *) Xác định ∆h, hsl ứng với gió lớn V : V2.D -6 cosα S (m) ∆h = 2.10 +) Xác định ∆h: g.H Trong đó: V: Vận tốc gió tính tốn lớn ứng với P=2%: V=32(m/s) D : Đà sóng ứng với MNDBT: D = 3,8km = 3,8.103 (m) g : Gia tốc trọng trường (m/s2) : g = 9,81 (m/s2) H: Chiều sâu nước trước đập (m) : H = ∇ MNDBT - ∇ đáy sông = 109 - 79 = 30 (m) αs: Góc kẹp trục dọc hồ hướng gió.Lấy αs = 00; ⇒ ∆h= 2.10 − 32 2.3,8.10 cos 0 = 0,026(m) 9,81.30 +) 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% : + Giả thiết trường hợp sóng nước sâu : (H > 0,5 λ ) SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Ta có : gt 9,81.6.3600 = = 6621 ,75 V 32 gD 9,81.3,8.103 = = 36,4 V2 322 Tra đố thị phụ lục P2-1 ta :  gh  V2 = 0,064 gt = 6621 ,75 ⇒  Với V  gτ = 3,5  V  gh = 0,011  gD  V2 = 36,4 ⇒  Với V2  gτ = 1,2   V  gh gτ  ;1,2) So sánh hai cặp giá trị ta chọn cặp giá trị bé :  ;  = ( 0,011 V V    gh  V2 322 = 1,15(m) Ta tính : h =   = 0,011 9,81 V  g  gτ  V 32 τ =   = 1,2 = 3,91(s) V g , 81   g.τ 9,81.3,912 λ= = = 23,88(m) 2.π 2.3,14 Kiểm tra lại sóng nước sâu: H > 0,5 λ H = 38(m) > 0,5 λ = 0,5.23,88 = 11,94 (m) - Tính hS1% : hS1% = K1% hS gD Trong K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng = 36,4 ⇒ K1% = 2,1 V ⇒ h1% = 2,1.1,15= 2,42(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 ∆= 00,2 → ∆ 0,02 = = 0,008→ K1 = ; K2 =0,9 hs1% 2,42 - Hệ số K3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m : Chọn sơ hệ số mái: mt = 3,5 ; mh = SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Tra bảng P2-4 ⇒ K3 = 1,5 (Vgió = 32m/s > 20m/s) - Hệ số K4 tra đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số λ Ta có: hSL1% = λ hSL1% 23,88 = 9,87 ⇒ K = 1,3 2,42 ⇒ hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% = 1.0,9.1,5.1,3.2,42 = 4,25 (m) Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a Vậy = 109 + 0,021 + 4,25 + 0,7 ≈ 113,97(m) b) Xác định ∆h’, hsl’ ứng với gió bình qn lớn V’ : + Xác định ∆h’: V '2 D' ∆h' = 2.10 cosα B ' g.H' −6 Trong đó: V’: Là vận tốc gió bình qn lớn : V’ =17 (m/s) D’: Đà sóng ứng với MNDGC (D’ = 3,8 + 0,3 = 4,1km = 4,1.103 (m) g: Gia tốc trọng trường , g = 9,81 m/s2 H’ : Chiều sâu đập H’ = MNDGC - ∇ đáy = MNDBT + Hmax -∇ đáy = 109 + - 79= 33(m) αB’: Góc kẹp trục dọc hồ với hướng gió , lấy αB’ = 00 ∆h' = 2.10 − 17 2.4,1.10 cos 0 = 0,007(m) 9,81.33 + Xác định hsl’: Chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định sau: 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 λ' SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT gt 9,81.6.3600 = = 12464 ,47 V' 17 gD' 9,81.4,1.103 = = 139,17 V' 172 Tra phụ lục P2-1 ta có : Ta có :  gh = 0,085  gt  V' = 12464 ,47 ⇒  Với (1) V'  gτ = 4,2   V'  gh = 0,02  gD'  V' = 139,17 ⇒  Với (2) V' g τ  = 1,7   V'  gh gτ   = ( 0,02;1,7) So sánh (1) (2), ta lấy giá trị bé là:  ; V V    gh  V2 172 = 0,59(m) Ta tính : h' =   = 0,02 9,81 V  g  gτ  V 17 τ ' =   = 1,7 = 2,95(s) V g , 81   g.τ ' 9,81.2,952 λ' = = = 13,594≈ 14 (m) 2.π 2.3,14 Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 λ' H’ =41 > 0,5 λ' = 0,5.14 = (m) - Tính h’s1% = K1% h'S Trong đó: K1% tra đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng g.D' = 139,17 → K1% = 2,15 V' h’s1% = 2,15.0,59 = 1,27 (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 ∆= 00,2 ∆ 0,02 → = = 0,016→ K’1 = 0,9 ; K’2 = 0,8 h's1% 1,27 SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT - Hệ số K’3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió hệ số mái m Chọn sơ hệ số mái : mt = 3,5 Tra bảng P2-2 với Vgió = 17m/s ta K’3 = 1,38 - Hệ số K’4 tra đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m trị số Ta có: λ' h'SL1% λ' 14 = = 11,02 ⇒ K '4 = 1,25 h'SL1% 1,27 ⇒ h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4.h’s1% = 0,9.0,8.1,38.1,25.1,1,27 ≈ 1,58(m) Vậy Z2 = MNDGC + ∆h ’ + h’sl + a’ = MNDBT + Hmax + ∆h ’ + h’sl + a’ = 109 + + 0,006 + 1,58+ 0,5 = 114,086(m) Chọn cao trình đỉnh đập:Z = max (Z1, Z2) = max(113,97;114,086) = 114,086(m) ≈ 114 (m) b) Bề rộng đỉnh đập: Vì khơng có đường giao thơng chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng đỉnh đập B=5m để thi công thuận tiện phù hợp với chiều cao đập 2- Mái đập đập: a) Mái đập: - Chiều cao đập H= Zđ - Zđáy = 114-79 = 35,1(m) Sơ hệ số mái: + Mái thượng lưu: mt = 0,05H +2,00 = 0,05.35,1 +2 = 3,8 + Mái hạ lưu : mh = 0,05H + 1,5 = 0,05.35,1 + 1,5 = 3,3 Lấy mt = ; mh =3,5 (Đây hệ số mái trung bình) b) Cơ đập: - Đập cao 35,1m > 10m nên bố trí mái hạ lưu.Do đập cao nên ta bố trí hệ số mái hình vẽ : SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT B=5m 114 109 m2 =3,25 Bc¬=3m m1 =4 100 m3 =3,5 m4 =1,5 79 88 m5 =2 4m - Chọn đập cao trình ∇ 100 hình vẽ - Bề rộng chọn theo yêu cầu giao thông lấy không nhỏ 2m Lấy Bcơ = 3m 3- Thiết bị chống thấm: Theo tài liệu cho, đất đắp đập đất có hệ số thấm lớn nên cần có thiết bị chống thấm cho thân đập - Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T ≤ 5m) chọn thiết bị chống thấm cho đập cho thích hợp sau: + Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân (cắm xuống tận tầng không thấm) + Chống thấm kiểu tường lõi + chân - Nếu tầng thấm dày (T >10m) : phương án hợp lý dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ Theo đề hình D cho tầng thấm T=19m > 10m 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 = m H - Dưới đáy: δ2 ≥ , [J ] Trong đó: Với vật liệu làm tường đất sét [ J ] =(4÷ 6) ⇒ Lấy [ J ] = H- Là cột nước lớn H= Hmax = MNDGC - ∇ đáy = MNDBT + Hmax -∇ = 109 + – 79 = 33 (m) H 33 ⇒ δ2 ≥ = = 6,6 chọn δ2 = (m) [J ] +) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng cao trình đỉnh đập đất +) Chiều dày sân phủ : - đầu : chọn t1 = 1m SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 10 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT - cuối : t2 ≥ H 33 = = 6,6 ⇒ chọn t2 = m [J ] +) 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= 33 => Ls= 3,5 33 = 115,5 (m) 4- Thiết bị thoát nước thấm đập: Thường phân biệt đoạn theo chiều dài đập a) Đoạn lịng sơng: Hạ lưu có nước - Chiều sâu nước hạ lưu: HHL max = MNHLmax - Zđáy = 85,8 - 79 = 6,8 m HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 84,1 - 79 = 5,1 m Chọn thoát nước kiểu lăng trụ - Độ vượt cao đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max ta chọn 2m Do chiều cao lăng trụ = 6,8 + = 8,8(m) ta lấy 9(m) - Bề rộng đỉnh lăng trụ b = m - Mái sau lăng trụ m4 = (1 ÷ 1,5) ⇒ chọn m4 =1,5 - Mái trước lăng trụ m5 =(1,5 ÷ 2) ⇒ chọn m5 =2 b) Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu khơng có nước Ta chọn nước kiểu áp mái V- Tính tốn thấm qua đập : - Nhiệm vụ trường hợp tính tốn: a) Nhiệm vụ tính tốn: - Xác định lưu lượng thấm q - Xác định đường bão hòa đập - Kiểm tra độ bền thấm đập b) Các trường hợp tính tốn: 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, nước làm việc bình thường - Thượng lưu MNDGC, hạ lưu mực nước max - thượng lưu mực nước rút đột ngột - Trường hợp nước làm việc khơng 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 = 109 - 79 = 30(m) Hạ lưu mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 84,1 - 79 = 5,1(m) Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ, sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ 2- Tính thấm cho mặt cắt lịng sơng: a) Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ: SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 11 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Y 1m 109 m2 =3,25 m1 =4 m3 =3,5 H =30m 84,1 7m h3 K® 1m Kn Ls 79 m5 =2,5 H2=5,1m m4 =1,5 X T =19m L 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 a 0, ta có hệ phương trình sau : (h1 − h3 )T q = kn (1) 0,55T + Ls + mh3 2 (h3 − h2 )T h3 − h2 q = Kd + kn (2) L − mh3 + 0,44T − m' h2 2(L − mh3 ) Trong : h2=5,1m, Ls=115,5m, L = m Hđỉnh + B + m2.(∇ đỉnh- ∇ cơ) + Bcơđập+ m3.(∇ - ∇ lăngtrụ) - m4(∇ lăngtrụ- MNHLBT) = 4.(114,1- 79) + + 3,25.(114,1- 100)+ + 3,5.(100 - 88) – 1,5.(88 – 84,1) = 230(m) Mặt khác : m = m2 = 3,5 ; m’= m1 = ; kđ = 10-5(m/s) Sử dụng phương pháp thử dần từ (1) (2)ta tính được: kn = 10-6(m/s) q = 1,67.10 −6 (m/s) h =8,8 (m) *) Phương trình đường bão hồ hệ trục toạ độ hình có dạng 2 h3 − h2 x= 77,44 − 0,258 x Y = h3 − L − m.h3 SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 12 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT *) Kiểm tra độ bền thấm : Với đập đất độ bền thấm bình thường (xói ngầm học,trơi 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 dk ≤ [Jk]đ h3 − h2 8,8 − 5,1 Trong : J dk = = 230 − 3,5.8,8 ≈ 0,019 L − m.h3 Tra Phụ lục P3-3 với cơng trình cấp II loại đất làm đập cát pha : [Jk]đ = 0,65 Ta thấy J dk ≤ [Jk]đ , thân đập bảo đảm điều kiện thấm - Với đập bảo đảm điều kiện : J nk ≤ [Jk]n h1 − h2 30 − 5,1 Trong : J nk = = 115,5 + 230 + 0,88.19 − 4.5,1 ≈ 0,1047 L s + L + 0,88.T − m'.h2 [Jk]n phụ thuộc loại cấp công trình, lấy theo Trugắp Tra phụ lục P3-2 với cơng trình cấp II đất cát trung bình ta có: [Jk]n = 0,25 Ta thấy J nk ≤ [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 khơng có nước,thốt nước kiểu áp mái a) Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình dưới) : δ =4m 109 zo H =3m m2 =3,25 Ko m =4 h= K® 106 X L *) Lưu lượng thấm: SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 13 ao ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Theo phương pháp phân đoạn ,lưu lượng thấm q độ sâu h ,a xác định từ hệ phương trình sau : h32 − a20  q = K d 2(L − m h − m a )   a0 q = K d m2 + 0,5   h12 − h32 − Z20 q = K 2δ sinα  Với L = (114,5 – 106)(4+3,25) + = 66,6 (m) h1 = 109 – 106 = (m) δ = (7+1)/2 = (m) m1 = m2 = 3,25 Z0 = δcosα ≈ 3,88 (m) K0 = 4.10-9 (m/s) Dùng phương pháp thử dần ta : a0 = 0,7.10-3 (m) h3 = 8,065 (m) q = 1,8585.10-9 (m/s) b) Đường bão hòa: Trong hệ trục hình vẽ, phương trình đường bão hồ có dạng: 2q x = 65,044− 0,929.x y = h3 − kd c) Kiểm tra độ bền thấm: Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ ≤ [Jkđ] Trong đó: h3 8,065 = = 0,0725 Jkđ = L − m1h3 143,5 − 4.8,065 Vậy Jkđ = 0,0725 < [Jkđ] = 0,65 ⇒ Đập thoả mản độ bền thấm VI - Tính tốn ổn định mái đập: - Trường hợp tính tốn: Theo quy phạm, thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định 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 MNDGC, làm việc bình thường thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt) b) Cho mái thượng lưu : SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 14 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp xảy (cơ bản) - Khi mực nước thượng lưu cao trình thấp (nhưng khơng nhỏ 0,2H đập) tổ hợp - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp xảy (tổ hợp đặc biệt) - Tính tốn 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 Tra bảng (4-1) Giao trình Thuỷ cơng ta có với m=3,5 ta có α = 35,50 ; β = 250 *)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 4-2 Giáo trình thủy cơng Với m = 3,5 R R ⇒ R = ( ).H = 3,025.43,1 = 130,38(m) = 3,025 H H r r ⇒ r = ( ).H = 1,25.43,1 = 53,875(m) = 1,25 H H Kết hợp phương pháp ta tìm phạm vi có khả chứa tâm cung trượt nguy hiểm đoạn AB Trên ta giả thiết tâm O 1, O2, O3 Vạch cung trượt qua điểm P chân đập, tiến hành tính hệ số an tồn ổn định K 1, K2, K3 cho cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ K i 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 vng 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 Kmin với điểm cung Pi ta tìm hệ số an toàn nhỏ Kmin cho mái đập R Để tiện tính tốn ta lấy chiều rộng b = (lấy m =10) m Tuỳ vào tâm trượt khác ta có R khác RO1 = 124,861 (m) RO2 = 131,581 (m) RO3 = 144,850 (m) 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 : SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 15 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Các Sơ Đồ cung trượt SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 16 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Chia khối trượt thành dải có chiều rộng hình vẽ Ta có cơng thức tính tốn sau: K= ∑ (Nn − Wn )tgϕn + ∑ Cn.ln ∑ Tn Trong đó: ϕn,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 Wn = γ n.hn.ln 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 γ i (γ i với đất sân bão hòa: Lấy γ i tn ; đất đường bão hòa lấy theo γ i bh) Các thơng số tính tốn: γ o = γ wđập = γ kđập(1 + w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944 (T/m3) γ = γ bhđập = γ kđập +n γ n = 1,62 + 0,35.1 = 1,97 (T/m3) γ = γ bhnền = γ knền +n γ n = 1,59 + 0,39.1 = 1,98 (T/m3) γ = γ wthiết bị thoát nước = γ kđá = 2,5(T/m3) γ = 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 đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa h4: Chiều cao từ đường bão hịa đến đáy đập (thiết bị nước) Kết tính tốn Bảng 1,2,3,4,5,6: Ta Kmin = 1,368 c) Đánh giá tính hợp lý mái: Mái đập đảm bảo an toàn trượt phải thoả mãn điều kiện cơng trình cấp II tổ hợp tải trọng chủ yếu: Kmin > [K] = 1,3 Và đồng thời thoả mãn điều kiện kinh tế: Kmin < 1,15[K] = 1,495 Như vậy: [K] = 1,3 < Kmin = 1,368 < 1,15[K] = 1,495 Vậy kích thước đập thiết kế hợp lý SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 17 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT VII- Cấu tạo chi tiết 1- Đỉnh đập: Vì đỉnh đập khơng 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 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 tốn 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−    hb = (γ d − γ n ).cosα  4 LS     Trong đó: γ n , γ đ : Dung trọng nước đá ( γ n = 1T/m3 ; γ 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 =1402’) k: Hệ số lấy k = 0,23 Ls: Chiều dài sóng Ls = 12,87(m) 0,23.1.1,533   1,5   hb =   = 0,24(m) 1−  (2,5 − 1).cos1402'   12,87  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 0,3-1(m) Trên mặt lớp phong hóa thấm nước mạnh Khi đất đắp đập đất khác cần làm chân ổn định cơng trình, đồng thời dùng chân đất sét cắm sâu vào đá tốt để giảm thấm b) Nối tiếp đập với bờ: SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 18 ĐỒ ÁN ĐẬP ĐẤT – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 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 khơng thể sai sót, mong thầy cô nhắc nhở bảo thêm Em xin chân thành cản ơn thầy cô giáo mơn hướng dẫn tận tình giúp em hồn thành đồ án Hà Nội ngày / / 2004 Sinh viên thực hiên : Trương Bá Hùng SV: Đinh Văn Quyết HEHEEEEE 19