đồ án công trình thủy đập đất

đồ án công trình thủy đập đất đại học bách khoa đà nẵng

Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH VÀ TÀI LIỆU CƠ BẢN I - II - NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH Một hồ chứa xây dựng sơng với mục đích tưới đảm nhận nhiệm vụ sau: o Cấp nước tưới cho 5000 đất canh tác o Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân o Kết hợp nuôi trồng thủy sản du lịch sinh thái o Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N = 1000 KW CÁC HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH Tại đầu mối có hạng mục cơng trình chủ yếu xây dựng o Đập ngăn sơng – chọn phương án đập đất o Cơng trình tràn tháo lũ với phương án lựa chọn đường tràn dọc máng tràn ngang, tràn hoạt động theo kiểu tràn tự o Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở thân đập đất để lấy nước phục vụ tưới III - TÀI LIỆU CƠ BẢN DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ Tài liệu địa hình: Cho trước bình đồ địa hình vùng tuyến tỷ lệ 1:2000 Tuyến đập thiết kế chọn trước bình đồ Tài liệu địa chất tuyến đập tương đối đơn giản, có lớp, từ xuống: • Lớp 1: Lớp phủ tàn tích dày từ 0.5 – 1.2 m phân bố bên bờ • Lớp 2: Lớp bồi tích lịng sơng thấm mạnh, có bề dày từ – 20 m • Lớp 3: Lớp đá gốc rắn chắc, mực độ nút nẽ trung bình Bảng Chỉ tiêu lý bồi tích Tên lỗ khoan Độ dày lớp đất (m) H1 H2 H3 H4 H5 H0 H6 H7 H8 H9 H10 H11 1.00 1.10 1.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.90 1.10 1.00 SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Độ dày lớp đất (m) 0.00 0.00 0.00 2.80 4.00 5.50 4.70 3.00 2.00 0.00 0.00 0.00 Từ bình đồ địa hình, tuyến đập vẽ mặt cắt dọc địa hình tuyến đập Sau vào số liệu vị trí lổ khoan bề dày lớp đất lỗ khoan để vẽ mặt cắt địa chất dọc tuyến đập Hình 1.Bình đồ địa hình tuyến đập Tài liệu vật liệu xây dựng - Đất đắp đập: Trong khu vực xây dựng có bãi vật liệu, đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, đất bãi vật liệu tương đối đồng nhất, có đủ trữ lượng để đắp đập đồng chất Điều kiện khai thác bình thường Chỉ tiêu lý cho bảng - Đất sét: khai thác cách vị trí xây dựng đập 4km, đủ yêu cầu trữ lượng để làm vật chống thấm - Đá: Có trữ lượng lớn, đủ để xây dựng bảo vệ mái, vật thoát nước tường chắn sóng… Đá có tiêu lý sau: • Góc ma sát trong: = 30o • Độ rỗng đống đá: n = 0.35 • Dung trọng khơ đá: Ϫk = 2.4 t/m3 - SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Hệ số thấm qua đống đá: k = 10-2 m/s Cát sỏi: khai thác bãi dọc sông, cự ly xa km, trữ lượng đủ để xây dựng tầng lọc (cấp phối hạt cho bảng 2) Bảng Chỉ tiêu lý đất • - Chỉ tiêu Loại HS rỗng n Độ ẩm W% C (T/m3) (độ) Tự nhiên Bảo hòa Tự nhiên Bảo hòa (T/m3 ) K (m/s) Đất đắp đập 0.35 20 23 20 2.4 1.62 10-6 Sét 0.42 22 17 13 1.58 10-9 Cát 0.40 18 30 27 0 1.60 10-4 Lớp bồi tích 0.39 24 26 22 1.0 0.7 1.59 10-5 Bảng Cấp phối vật liệu đắp đập d (mm) d10 d30 d60 Đất đắp đập 0.005 0.05 0.08 Cát 0.05 0.35 0.40 Sỏi 0.50 3.00 5.00 Loại Các đặt trưng hồ chứa Bảng Tài liệu thiết kế đập đất cống ngầm Đề số 13 o Bình đồ mặt cắt địa chất 7-A Đặc trưng hồ chứa D MNC MNDB T km m 5.0 49.5 Mực nước hạ lưu Lưu lượng qua cổng MNĐ K Qtràn MNH L MAX m Qtk (MNC) Q (MNBT) m MNH L BT m m3/s m3/s m m3/s 79.6 41.8 46.9 4.9 4.4 48.4 280 Các số liệu cho bao gồm: o D (km): Chiều dài truyền sóng (cịn gọi đà gió) ứng với MNDBT o D’(km): Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK D’ = D + 0.5 = 5.5 km o MNC(m): Cao trình mực nước chết hồ chứa o MNDBT(m): Cao trình mực nước dâng bình thường hồ chứa SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm o MNLTK (m) : Mực nước lũ thiết kế tính MNDBT cộng thêm cột nước lớn đĩnh tràn tự : MNLTK = MNDBT + Ht max = 79.6 + = 83.6 (m) (Ht max cột nước lớn tràn tự xãy lũ thiết kế - cho Ht max = 4m o MNLKT(m): Mực nước lũ kiểm tra, mực nước lớn hồ xãy lũ kiểm tra Ở cho : MNLKT = MNLTK + 1m = 84.6 (m) o MNHL max (m): Mực nước hạ lưu lớn o MNHL bt (m): Mực nước hạ lưu bình Bảng Vận tốc gió tính tốn ứng với tần suất P% o o P% 20 30 50 V (m/s) 32 30 27 26 17 14 12 Tài liệu phục vụ việc thiết kế cống lấy nước Lưu lượng qua cống Q cống (m3/s) : cho với trường hợp : Khi mực nước hồ = MNC : Qtk dùng để tính toán diện cống Khi mực nước hồ = MNDBT: Qbt dùng để kiểm tra chế độ chảy tính tốn tiêu sau cống MNđk(m) : Cao trình tối thiểu mực nước đầu kênh (sau cống) để bảo đảm u cầu tưới tự chảy cơng trình IV - PHÂN TÍCH CHỌN TUYẾN ĐẬP, CƠNG TRÌNH TRÀN VÀ TUYẾN CỐNG LẤY NƯỚC Việc chọn tuyến xậy dựng công trình phải dựa vào bình độ khu vực cần xây dựng cơng trình kết khảo sát địa hình địa chất khu vực o Về mặt địa hình: cần phải cố gắng chọn tuyến đập hep để giảm khối lượng đắp đập phải quan tâm tới đập phụ (nều có) để tổng khối lượng cơng trình phải nhỏ Ngồi ra, cần phải tìm cách để giảm diện tích mặt hồ(nếu được) diện tích ngập lụt nhỏ để giảm thiệt hại lượng bốc qua bề mặt thoáng Tuyến chọn phải thuận lợi cho việc bố trí đưởng tràn tháo lũ giá thành đường tràn tháo lũ rẻ nhất, hạn chết dòng chảy theo mái đập thuận lợi cho việc bố trí cơng trình nối tiếp hạ lưu với cơng trình hệ thống o Về mặt địa chất chọn tuyến đập có đồng chất vững chắt khơng nứt gãy lớn, hệ số thấm bé, chiều dày tần thấm nhỏ o Về điều kiện thi công: tuyến chọn phải thuận lợi cho việc dẫn dịng thi cơng, giao thông lại, vận chuyển vật liệu thi công máy móc thiết bị thi cơng dễ dàng thuận lợi SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm V - PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI ĐẬP, HÌNH THỨC TRÀN VÀ CỐNG LẤY NƯỚC Căn vào điều kiện địa hình địa chất vật liệu xây dựng, phân tích để xác định loại đập xây dựng, chọn phương án hợp lý đập đất PHẦN B – THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT I CẤP CƠNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ Dựa vào tiêu chuẩn QCVN 04-05: 2012; Cấp cơng trình Xác định từ điều kiện: SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm a Theo chiều cao cơng trình loại Giả thiết sơ cao trình đỉnh đập: Zđỉnh đập = MNLTK + d = 83.6 + = 86.6 (m) với (d chiều cao an toàn chọn m) Chiều cao trình đập Hđập = Zđỉnh đập – Zđáy = 86.6 – 35= 51.6 (m) Tra bảng – phân cấp cơng trình thủy lợi  Ứng cới chiều cao đập 51.6 (m) đá suy cấp cơng trình tương đương cơng trình cấp II b Theo lực phục vụ cơng trình Mục đích cấp nước cho 5000 đất canh tác Tra bảng – phân cấp cơng trình thủy lợi  Cấp cơng trình tương ứng cơng trình cấp I Cấp đập lấy theo trị số quan trọng xác định theo điều kiện  Vậy ta xác định cấp công trình cấp I Bảng Phân cấp cơng trình thủy lợi Loại cơng trình lực phục vụ Loại Đặc biệt Cấp cơng trình I II III IV >10 ÷ 50 >2 ÷ 10 ≤2 >200 ÷1 000 >20 ÷ 200 ≥ ÷ 20 1 000 Cơng trình cấp nguồn nước chưa xử lý cho ngành sử dụng nước khác có lưu lượng, m3/s > 20 >10 ÷ 20 >2 ÷ 10 ≤2 - A > 100 >70 ÷ 100 >25 ÷ 70 >10 ÷ 25 ≤ 10 B - > 35 ÷ 75 >15 ÷ 35 >8 ÷ 15 ≤8 C - - >15 ÷ 25 >5 ÷ 15 ≤5 A > 100 >60 ÷ 100 >25 ÷ 60 >10 ÷ 25 ≤ 10 B - >25 ÷ 50 >10 ÷ 25 >5 ÷ 10 ≤5 C - - >10 ÷ 20 >5 ÷ 10 ≤5 A - >25 ÷ 40 >15 ÷ 25 >8 ÷ 15 ≤8 B - - >12 ÷ 20 >5 ÷ 12 ≤5 Đập vật liệu đất, đất - đá có chiều cao lớn nhất, m Đập bê tông, bê tông cốt thép loại công trình thủy lợi chịu áp khác có chiều cao, m Tường chắn có chiều cao, m SVTH: Nguyễn Phước Nhật > 50 Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm C - - >10 ÷ 15 >4 ÷ 10 ≤4 CHÚ THÍCH: 1) Đất chia thành nhóm điển hình: - Nhóm A: đá ; - Nhóm B: đất cát, đất hịn thơ, đất sét trạng thái cứng nửa cứng; - Nhóm C: đất sét bão hòa nước trạng thái dẻo; 2) Chiều cao cơng trình tính sau: - Với đập vật liệu đất, đất – đá: chiều cao tính từ mặt thấp sau dọn móng (khơng kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập; - Với đập bê tơng loại cơng trình xây đúc chịu áp khác: chiều cao tính từ đáy chân khay thấp đến đỉnh cơng trình Các tiêu thiết kế - Từ cấp cơng trình cấp I xác định được: o Tần suất lưu lượng mực nước lớn tính tốn: P = 0.5% (bảng QCVN 0405:2012/BNNPTNT) o Hệ số tin cậy: Kn = 1.2 (phục lục B2 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) o Hệ số an toàn nhỏ ổn định trượt: K = 1.35 (bảng TCVN 8216:2018) o Tần suất gió lớn gió bình qn lớn nhất, mức đảm bảo sóng: Theo bảng - Tần suất gió thiết kế TCVN 8216:2018 Với cấp cơng trình cấp I Ta có: MNDBT: P = 2%, ứng với vận tốc gió V = 32 m/s MNLTK: P = 25%, ứng với vận tốc gió V = 15.5 m/s  Độ vượt cao đỉnh đập đỉnh sóng: Theo bảng - Chiều cao an tồn đập • • TCVN 8216:2018 Chiều cao an tồn a theo cấp cơng trình đập Ta có: • Ứng với MNDBT : a = 1.2 m • Ứng với MNLTK : a = 1.0 m • Ứng với MNLKT : a = 0.3 m II a THIẾT KẾ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP Dựa vào TCVN10396:2015 TCVN8421:2010 Đỉnh đập Cao trình đỉnh đập SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Cao trình đỉnh đập cao trình lớn đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập Mặt khác đập không cao để đảm bảo điều kiện kinh tế Xác định cao trình đỉnh đập sở tính tốn độ vượt cao đỉnh đập mực nước tính tốn hồ gồm mực nước dâng bình thường, mực nước lớn có lũ thiết kế lũ kiểm tra theo công thức sau: Zđ = Zh + ∆h + Rslp + a Trong đó: + Zđ cao trình đỉnh đập m + Zh mực nước tính tốn hồ chứa m + ∆h chiều cao nước dềnh gió m + Rslp chiều cao sóng leo lên mái đập m + a chiều cao an tồn m • Ở mực nước dâng bình thường Xác định ∆h theo cơng thức: ∆h = kw Trong đó: + góc trục dọc khu chứa nước hướng gió, độ, αw = 0⁰ + g gia tốc trường; lấy g = 9.81 m/s2 + L đà sóng, tính mét; L = 5000 m + d chiều sâu ứng với mực nước tính tốn d = MNDBT – Zđáy = 79.6 – 35 = 44.6 m + Vw vận tốc tính tốn gió Xác định theo điều A.3.3 TCVN 8421:2010 Vw = kfl kl Vl + Vl vận tốc gió ứng với P = 2% → V1 = 30 m/s (theo điều A.3.1 TCVN 8421:2010) + kfl hệ số tính chuyển số liệu vận tốc gió, tính theo công thức kfl = 0.675 + 4.5/Vl, không lớn kfl = 0.825 + kl hệ số quy đổi vận tốc gió điều kiện mặt thoáng vùng nước (kể vùng nước thiết kế) có chiều dài đặc trưng 20 km kl = Vw = kfl kl Vl = 0.825 30 = 24.75 m/s + kw hệ số theo vận tốc gió, theo bảng A2 TCVN8421:2010, kw = 10-6 ∆h = kw = 10-6  Giải phương trình, ta có = 0.0201 m  Xác định Rsl: Theo TCVN 8421:2010 chiều cao sóng leo ứng với tần suất sóng leo 1% xác định sau: Rsl = Hrun1% = kr kp ksp krun h1% đó: + h1% chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% + kr,kp hệ số nhám hệ số hút nước mái dốc xác định theo bảng TCVN8421:2010 SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm + ksp hệ số theo vận tốc xác đinh theo bảng TCVN 8421:2010 + krun hệ số lấy theo bảng 11 TCVN 8421:2010  Xác định h1%: giả thiết sóng nước sâu , tính tốn đại lượng khơng thứ ngun , Trong đó: + g Gia tốc trọng trường; g = 9.81 m/s2 + t thời gian gió thổi; t = + Vw vận tốc gió tính tốn (m/s); Vw = 24.75 m/s + L chiều dài đường sóng ứng với mực nước dâng bình thường + d chiều sâu ứng với mực nước tính tốn; d = 44.6 m  Thay số kết hợp với đồ thị xác định yều tố sóng, ta được: o = 0.7142  Tra hình A1 – Các đồ thị xác định yếu tố sóng gió vùng nước sâu nơng ứng với đại lượng không thứ nguyên ta cặp giá trị sau: o = 80.07 o = 8561.4  Chọn cặp giá trị nhỏ nhất: o => với + chiều cao sóng trung bình + chu kỳ sóng trung bình  Bước sóng trung bình: = = 20.92 m Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu d = 44.6 m > 0.5 20.92 = 10.46 m  Vậy giả thiết sóng nước sâu  Chiều cao sóng nước sâu ứng với mực nước đảm bảo 1%, xác định: hs1% = kp = 2.1 = 2.1 m Với Kp tra đồ thị hình A2 TCVN 8421:2010 với = 80.07; i = 1%; kp = 1.9;  Xác định cá hệ số kr, kp, ksp, krm Chọn kết cấu gia cố mái đá lát bình thường có ∆ = 0.02 m = = 0.011  Tra bảng TCVN 8421:2010 → kr = 0.95 kp = 0.85; SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Giả thiết hệ số mái m = 3, Vw = 24.75 (m/s)  Tra bảng TCVN8421:2010 → ksp = 1.5;  Rsl = Hrun1% = 0.950.851.51.41.9 = 3.22; Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT: Z1 = MNDBT + h + Rsl + a = 79.6 + 0.0201 + 3.22 + 1.2 = 84.04 m • Ở mực nước lũ thiết kế Xác định Δh theo cơng thức: ∆h = kw Trong đó: + góc trục dọc khu chứa nước hướng gió, độ, α w = 0⁰ + g gia tốc trường; lấy g = 9.81 m/s2 + L đà sóng, tính mét; L = 5500 m + d chiều sâu ứng với mực nước tính toán d = MNLTK – Zđáy = 83.6 – 35 = 48.6 m + Vw vận tốc tính tốn gió Xác định theo điều A.3.3 TCVN 8421:2010 Vw = kfl kl Vl = 0.965 15.5 = 14.96 m/s + Vl vận tốc gió ứng với P = 25% → V1 = 15.5 m/s + kfl hệ số tính chuyển số liệu vận tốc gió, kfl = 0.675 + 4.5/Vl, không lớn kfl = 0.965 + kl hệ số quy đổi vận tốc gió điều kiện mặt thống vùng nước (kể vùng nước thiết kế) có chiều dài đặc trưng 20 km kl = + kw hệ số, lấy theo bảng A2 TCVN8421:2010 → kw = 2.51 10-6 ∆h = kw = 2.51 10-6  ∆h = 0.0069 m  Xác định Rsl theo công thức: Theo TCVN 8421:2010 chiều cao sóng leo ứng với tần suất sóng leo 1% xác định sau: SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Rsl = Hrun1 % = kr kp ksp krun h1 % Trong đó: + h1% chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% + kr, kp hệ số nhám hệ số hút nước mái dốc xác định theo bảng TCVN8421:2010 + ksp hệ số theo vận tốc xác đinh theo bảng TCVN 8421:2010 + krun hệ số lấy theo bảng 11 TCVN 8421:2010  Xác định h1%: giả thiết sóng nước sâu , tính tốn đại lượng không thứ nguyên , + g Gia tốc trọng trường; g = 9.81 m/s2 Trong đó: + t thời gian gió thổi; t = + Vw vận tốc gió tính tốn (m/s); Vw = 15.5 m/s + L chiều dài đường sóng ứng với mực nước dâng bình thường + d chiều sâu ứng với mực nước tính tốn; d = 44.6 m  Thay số kết hợp với đồ thị xác định yều tố sóng, ta được: o = 1.82  Tra hình A1 – Các đồ thị xác định yếu tố sóng gió vùng nước sâu nông ứng với đại lượng không thứ nguyên ta cặp giá trị sau: o = 224.57 o = 13670.7  Chọn cặp giá trị nhỏ nhất: o => với + chiều cao sóng trung bình + chu kỳ sóng trung bình  Bước sóng trung bình: SVTH: Nguyễn Phước Nhật = = 15.59 m Trang 1 Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu: d = 44.6 m > 0.5 15.59 = 7.795 m giả thiết sóng nước sâu Chiều cao sóng nước sâu ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định: h s1% = kp Với Kp tra đồ thị hình A2 TCVN 8421:2010 với = 224.57; i = 1%; kp = 2.1; hs1% = kp = 2.1 0.684 = 1.436 m  Xác định cá hệ số kr, kp, ksp, krm Chọn kết cấu gia cố mái đá lát bình thường có ∆ = 0.02 m = = 0.014  Tra bảng TCVN 8421:2010 → kr = 0.95 kp = 0.85; Giả thiết hệ số mái m = 3, Vw = 15.5 (m/s)  Tra bảng TCVN8421:2010 → ksp = 1.1;  Tra hình 11 TCVN8421:2010 → , tra bảng ta có krm = 1.2 => Rsl = Hrun1% = 0.90.851.11.21.436 = 1.53; Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT: Z2 = MNDBT + h + Rsl + a = 79.6 + 0.0069 + 1.53 + = 82.14 m Ở mực nước lũ kiểm tra Cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT: Z3 = MNLKT + a = 84.6 + 0.3 = 84.9 m  Zđập Max( 84.04; 82.14; 84.9 ) Zđập 84.9 m  Chọn Zđập = 84.9 m chiều cao đập Hđập = 84.9 – 35 = 49.9 m b Chọn bề rộng đỉnh đập Theo TCVN10396:2015 Trong điều kiện bình thường, chiều rộng đỉnh đập không nhỏ 10 m đập cấp I đặc biệt Do không kết hợp làm đường giao thông nên chọn bề rộng đỉnh đập B = 10 m Mái đập a Mái đập Trị số mái đập chọn sơ bộ, việc định m cuối phải qua tính tốn u cầu kỹ thuật (tính tốn ổn định) kinh tế SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Do H = 49.9 m tính m theo công thức sau đây: Đối với mái thượng lưu: m1 = 0.05H + = 0.0549.9 + = 4.495 m1 = 4.5; Đối với mái hạ lưu: m2 = 0.05H + 1.5 = 3.995 m2 = 4; b Cơ đập - Đập có chiều cao H = 49.9 m, Ở mái hạ lưu bố trí để sử dụng vào việc tập trung dẫn nước mưa, làm đường công tác, để tăng độ ổn định mái đập Theo TCVN 82162009, khoảng 10m đến 15m theo chiều cao đập nên bố trí Chiều rộng không nhỏ 3m o o Bhạ lưu = m Bố trí rãnh nước cho hạ lưu, gia cố đá xây, bê tơng để tránh xói mịn dịng chảy Và có độ dốc ngang chọn i = 2% - Ở mái thượng lưu, việc bố trí đập phụ thuộc vào điều kiện thi cơng hình thức bảo vệ mái → Chọn cthượng lưu = 3m - Các hình thức chon đập cho hợp lý để đảm bảo kinh tế kỷ thuật Và nhằm dể thi công quản lý khai thác sau Thiết bị chống thấm - Theo tài liệu cho, đất đắp đập đất có hệ số thấm lớn (kd =10-6; kn =10-5) nên cần có thiết bị chống thấm cho thân đập cho - Theo tài liệu địa chất, tầng thấm T = 5.5 - = 4.5 m → tầng thấm dày (với 1m bề dày lớp phong hóa) - Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T m) 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 > 10 m) phương án hợp lý dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ - Hợp lý dùng thiết bị tường nghiêng + chân Chọn sơ kích thước ban đầu: a Chiều dày tường nghiêng + Trên đỉnh thường: δ1 ≥ 0.8m → chọn δ1 = m + Dưới đáy thường: δ2 ≥ H = 49.9, với cột nước cênh lệch trước sau tường  Chọn δ2 = m b Cao trình đỉnh tường nghiêng + Chọn không thấp MNLTK = 83.6 m thượng lưu Chọn Ztường = 83.6 Thiết bị thoát nước chân đập c Chiều dày chân - SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm + Chọn đáy tường nghiêng Ngồi cịn đảm bảo điều kiện nối tiếp đặn tường nghiêng với chân + Do hệ số mái thượng lưu là: m’ = cot ’ = = 4.59 = 12o16’  Chiều dày phía chân là: t1 = = = 23.53 m + Chọn chiều dày phía đáy cắm xuống Với mcr hệ số mái chân Chọn 0.75 Từ hình vẽ ta tính t2 = t1 – 0.75 T (với T = 4.5)  t2 = 23.53 – 6.75 = 16.78 m Thiết bị thoát nước chân đập - Phân biệt đoạn theo chiều dài đập: a Đoạn lịng sơng: Hạ lưu có nước o Chiều sâu nước hạ lưu: Hhl max = MNHLmax - Zđáy = 46.9 – 35 = 11.9 (m) Hhlbt = MNHLBT - Zđáy = 41.8 – 35 = 6.8 (m) Với chiều sâu mực nước hạ lưu không lớn ta chọn nước kiểu lăng trụ o Độ vượt cao đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1m – 2m) o Chọn 1.5m • Chiều cao lăng trụ hlt = 11.9 + =12.9 m • Bề rộng đỉnh lăng trụ b 2m, chọn b = m • Mái trước mái sau lăng trụ m1ltr = m2ltr = 2.5 chọn theo mái tự • • nhiên đống đá Mặt tiếp giáp lăng trụ với đập cần có tầm lọc ngược b Đoạn sườn đồi o Ứng với trường hợp hạ lưu khơng có nước, đơn giản chọn nước kiểu áp mái Khi cần thiết phải hạ thấp đường bảo hịa chọn kiểu gối phẳng hay ống dọc III TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN Nhiệm vụ trường hợp tính tốn SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm a Nhiệm vụ tính tốn - - - - - Xác định lưu lượng thấm q Xác định đường bảo hòa đập Kiểm tra độ bền thấm đập b Nhiệm vụ Xác định lưu lượng thấm qua thân đập qua Trên sở tìm lượng nước tổn thất hồ thấm gây biện pháp phịng chống thích hợp Xác định vị trí đường bão hịa, từ tìm áp lực thấm dùng tính tốn ổn định mái dốc đập Xác định gradient thấm lưu tốc thấm dòng chảy thân, đập, chỗ dòng thấm thoát hạ lưu để kiểm tra tượng xói ngầm, đẩy trồi đất xác định kích thước cấu tạo tầng lọc ngược c 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 + Thượng lưu MNDGC, hạ lưu mược nước max tương ứng + Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột + Trường hợp thiết bị nước làm việc khơng bình thường + Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng Ta tính thấm cho trường hợp thứ nhất, thiết bị chống thấm làm việc bình thường + Thượng lưu MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 79.6 – 35 = 44.6 m + Hạ lưu mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 41.8 - 35 = 6.8 m Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân Tính thấm cho mặt cắt lịng sơng a Phương pháp tính Để tính thấm qua loại đập Pavlovxki xem dòng thấm qua thân đập không phụ thuộc nhau, nghĩa xem mặt tiếp giáp giữ đạp đường dịng Như vật xác định lưu lượng thấm qua qd xem đập không thấm Lưu lượng toàn phần thấm qua thâm đập tính bằng: q = qd + qn b Áp dụng Tính cho trường hợp 1: thương lưu MNDBT, hạ hưu mực nước tương ứng Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hụt nước ao cưới dòng thấm, lưu lượng thấm q độ sâu h3 sau tường nghiêng xác định từ hệ số sau: Đoạn 1: thấm qua tường nghiêng chân (1) Đoạn 2: thấm qua đập  Từ (1) (2) ta có hệ phương trình sau: SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Trong đó: + kn hệ số thấm nền, kn = 10-5 m/s + kđ hệ số thấm đất đắp đập, kđ = 10-6 m/s + ko hệ số thấm thiết bị chống thấm, ko = 10-9 m/s + Chiều dày trung bình tường nghiêng, = m + Chiều dày trung bình chân răng, t = = 20.155 m + h1 = Chiều cao MNDBT – Z đáy = 44.6 m + h2 = Chiều cao MNHLBT – Z đáy = 6.8 m + T chiều dài miền thấm, T = 4.5 m + m1 hệ số mái thượng lưu, m = 4.5 m m2 hệ số hạ thượng lưu, m = m + m‘ hệ số mái trước lăng trụ, m‘1= 2m, m’2 = 2.5 m + Chiều cao đập, hđ = 49.9 m + Chiều rộng đỉnh đập Bđđập = m + Sin( = sin(12o31’) = 0.2167 m + Z0 = δ.cosα = 2.92 m = m1 => = ; = m2 => tan = ; + Chiều dài chân đâp Lcđ = Bdđập + hd = Bdđập + hd (m1 + m2) = 429.3 - Đối với thoát nước kiểu lăng trụ: + Cao trình đỉnh lăng trụ ZđTrụ = MNHLmax + d = 46.9 + = 48.9 m + Chiều cao lăng trụ hLTrụ = Zđỉnh - Zđáy = 48.9 – 35 = 13.9 m + Tính chiều dài tính tốn l kênh lăng trụ: Llt= hlt m2 + m’1(hlt - h2) = 69.8 m + Vậy chiều dài tính toán L đập L = 429.3 – 69.8 = 359.5 m - Thay tất vào hệ pt (*) ta : - Giải hệ phương trình ta kết quả:  Phương trình đường bão hồ Hệ trục toạ độ hình có dạng: Y = - SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm  Y2 = X = 223.804 – 0.6077 X 14.960 30 14.338 60 13.687 80 13.236 120 12.283 150 11.517 180 10.697  Kiểm tra độ bền thấm - Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm học, trơi đất) đảm bảo nhờ bốtrí tầng lọc ngược thiết bị nước (mặt tiếp giáp với thân đập nền) Ngoài cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa cốtrong trường hợp xảy hang thấm tập trung điểm thân đập hay o Với thân đập, cần đảm bảo điều kiện: Jk đ ≤ [Jk]đ  Trong Jkđ = = = 0.0279  [Jk]đ phụ thuộc loại đất đắp cấp cơng trình, lấy theo số liệu Trugắp với đất đập đất thịt pha cát cấp cơng trình cấp → [Jk]đ = 0,75 > Jk đ (thỏa)  Vậy điều kiện đảm bảo o Với đập, cần đảm bảo điều kiện: Jk n ≤ [Jk]n  Trong Jkn = = = 0.033  [Jk]n phụ thuộc loại đất đắp cấp công trình, lấy theo số liệu Trugắp với đất đập đất thịt pha cát cấp cơng trình cấp → [Jk]n = 0.22 > Jk n (thỏa)  Vậy điều kiện đảm bảo Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi - Với tài liệu cho, sơ đồ chung mặt cắt sườn đồi đập khơng thấm, hạ lưu khơng có nước, nước kiểu áp mái  Sơ đồ đập có tường nghiêng: a Lưu lượng thấm o Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q độ sâu h3, a0 xác định từ hệ phương trình sau SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Công trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm o o Giải hệ phương trình cách thử dần giá trị q, h3 ,ao: Xác định đại lượng (**):  Các hệ số thấm đất sét, đất nền, đất đắp đập dùng thiết kế: K0 = 10-9 m/s; Kn = 10-5 m/s; Kđ = 10-6 m/s;  Chiều cao mực nước phía thượng lưu đập: h1 = MNDBT - Zđáy = 79.6 – 35 = 44.6 m  Chiều dài chân đập : L = 359.5 (m)  Hệ số mái dốc thượng hạ lưu đập: m1 = 4.5 m; m2 = m;  Độ dày trung bình tường nghiêng: = = = m  Xác định Z0: Theo sơ đổ hình vẻ ta có : Z0 = δ.cosα = 2.92; Với = m1 = => = = = 0.223 => = 12o31’  = 0.2167 o Thay tất giá trị vào phương trình (**) ta được:  b Đường bảo hòa : Hệ trục tọa độ sơ đồ hình (P2-2) có dạng: Y=  =  = 1972.25 – 12.36x10-3 X 44.41 10 44.409 20 44.40 30 40 50 60 70 80 90 44.406 44.404 44.403 44.402 44.400 44.399 44.397 c Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt : tiến hành kiểm tra theo công thưc sau: J k đ ≤ [Jk]đ o [Jk]d gradien cho phép đất đắp đập tra bảng (P3-3) ứng với cơng trình cấp II vật liệu đất sét chặt ta : [Jk]d = 0.75 Jk đ = = 0.274 < [Jk]d = 0.75 (điều kiện thõa mãn) IV TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI ĐẬP Trường hợp tính tốn - Theo quy định quy phạm, thiết kế đập đất cần kiểm tra với trường hợp sau a Cho mái hạ lưu: o Trường hợp (tổ hợp chủ yếu): mực nước thượng lưu MNDBT, phận tiêu nước làm việc bình thường, thân cơng trình có dịng thấm ổn định, hạ lưu chiều sâu nước lấy trị số lớn xảy khơng lấy lớn 0.2 H2 (H2 chiều cao đập lấy từ đỉnh đến đáy hạ lưu), > 0.2 H2 lấy 0.2 H2 để tính tốn SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm o Trường hợp (tổ hợp đặc biệt): mực nước thượng lưu MNGC, làm việc kết cấu tiêu nước bị hư hỏng, điều kiện lại trường hợp đầu b Cho mái thượng lưu: o Trường hợp (tổ hợp chủ yếu): mực nước hồ chưa giảm lớn kể từ vị trí MNDBT, giảm với vận tốc lớn thực tế xảy ra, phải xét lực thấm phát sinh mái o Trường hợp (tổ hợp chủ yếu): mực nước thượng lưu cao trình thấp khơng nhỏ 0.2 H1 (H1 khoảng cách từ đỉnh đập tới đáy thượng lưu), đường bão hòa thân đập lấy nằm ngang cao trình với mực nước hồ o Trường hợp (tổ hợp đặc biệt): mực nước thượng lưu giảm lớn xảy ra, kể từ vị trí mực nước lớn thượng lưu MNGC, phải xét lực thấm phát sinh mái Tính tốn ổn định mái phương pháp cung trượt a Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm: sử dụng phương pháp  Theo phương pháp Filennít: o Theo Filennit, tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM1 (hình vẽ) o Điểm M1 xác định dựa vào góc 2, góc phụ thuộc độ dốc mái đập (Bảng 4.46 giáo trình Thuỷ Công I) Trong trường hợp này: mhạlưu = (đường nối đỉnh chân đập) dùng phương pháp nội suy = 25°; = 36°  Theo phương pháp Fanđêep: o Theo phương pháp cho phép ta sơ xác định khu vực chứa tâm trượt Lúc tâm cung trượt nguy hiểm nằm lân cận hình thang cong abcd (hình vẽ) Để xác định khu vực từ trung điểm mái đập hạ lưu, ta kẻ đường thẳng đứng đường hợp với mái dốc góc 85° Cũng lấy điểm làm tâm vẽ cung trịn có bán kính R r, bán kính phụ thuộc vào chiều cao đập độ dốc mái trung bình (Tra Bảng 4.5 GT Thuỷ Cơng I)  Ta có: m = → r/Hđ = 1.5 ; R/Hđ = 3.75 ;  Với Hđ = 49.9 m → r = 74.85 m; R = 197.125 m; o Kết hợp hai phương pháp ta tìm phạm vi có khả chứa tâm cung trượt nguy hiểm đoạn AB Trên ta giả định tâm O1, O2, O3 vạch cung trượt qua điểm P1 chân đập, tiến hành tính tốn hệ số an tồn ổn định K1, K2, K3 cho cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ Ki vị trí tâm Oi ta SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm xác định trị số Kmin ứng với tâm O Từ vị trí tâm O ứng với Kmin kẻ đường thẳng NN vng góc với đường MM1 ,trên đường NN ta lại lấy tâm O khác vạch cung qua điểm P1 chân đập, tính hệ số K ứng với cung này, vẽ biểu đồ quan hệ Ki vị trí tâm Oi ta xác định trị số Kmin ứng với điểm P1 chân đập o Với điểm Q2, Q3 mặt hạ lưu đập, cách tương tự, ta tìm trị số Kmin tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ Ki với điểm cung Qi, ta tìm hệ số an tồn nhỏ Kmin cho mái đập b Xác định hệ số an toàn K cho cung trượt o Có nhiều phương pháp tính hệ số an tồn K cho cung trượt, điều khác chủ yếu cơng thức cách xác định lực thấm o Ta xét 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 o Chia khối trượt thành dải có chiều rộng b hình vẽ Ta có cơng thức tính tốn sau: Trong đó: + , góc ma sát lực dính đớn vị đáy dày thứ n + ln bề rộng đáy thứ n + Wn áp lực thấm đáy thứ n, Wn = + hn chiều cao cột nước tính từ đường bảo hòa đến đáy dài + Nn Tn thánh phần pháp tuyến tiếp tuyến cửa trọng lượng dài Gn + Nn = Gn cos(; Tn = Gn sin(); Gn = b + Giả sử ta chọn số dải ban đầu m = 14, chiều rộng dải là: b = = = 14.18 + Zi chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng γi (với γi với đất đường bảo hịa lấy theo dung trọng tự nhiên, cịn đất phía đường bảo hịa lấy theo dung trọng bảo hòa nước) SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm itn = (1 + ); ibh = k + n n (n hệ số rỗng đất) + Đất đắp đập có: 0.364 + Đối với đất nền: 0.404 + Đối với đá: ; = 2.4 (T/m2); n = 0.35; + Dung trọng nước: = (T/m3) o Xác định dung trọng cho tầng lớp: 1.62 + 1.620.2 = 1.94 (T/m3) (T/m3) (T/m3) 2.4 (T/m3) 2.4 + 0.35 = 2.75 (T/m3) Kết tính tốn sau chia dải hình vẻ ta được: Áp dụng tính tốn kết Tính ổn định cho mái hạ lưu trường hợp tổ hợp  Xác định vẽ phương trình đường bão hịa  Các thơng số tính tốn: Tính tốn thấm với mặt cắt lịng sơng, thượng lưu mực nước o dâng bình thường, mực nước hạ lưu = (0.2Hđ; Hhạ max) = (9.98; 11.9) = 9.98 m + Tính tốn ta được: q = 1.302 106 (m2/s); h3 = 17.21 (m) + Phương trình đường bão hịa có dạng: Y = = SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Công trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm 17.2 30 60 90 120 150 180 210 240 270 280 16.59 15.94 15.27 14.57 13.83 13.05 12.21 11.32 10.35 10.01  Kết tính tốn tiến hành lập bảng để xác định hệ số ổn định K dựa vào sơ đồ tính ổn định trượt mái đập đất theo phương pháp Ghecxevanop Lập bảng tính Excel với 19 cột, tính tốn giá trị sau: Cột 1: Ghi thứ tự dải Cột 2: Chiều sâu lớp đất đắp dải nằm đường bão hòa (h 1) Cột 3: Chiều sâu lớp đá dải nằm đường bão hòa (h1') Cột 4: Chiều sâu lớp đất đắp dải nằm đường bão hòa (h 2) Cột 5: Chiều sâu lớp đá dải đường bão hòa (h2') Cột 6: Chiều sâu lớp đất dải (từ đáy đập đến mặt trượt) (h3) Cột 7: Giá trị αi Cột 8: Giá trị sin α Cột 9: Giá trị cos α Cột 10: Giá trị ln Cột 11: Lực dính đơn vị Cn Cột 12: Giá trị φ Cột 13: Giá trị tan φn Cột 14: Giá trị Cn.ln Cột 15: Trọng lượng khối đất dải thứ n, Gn Cột 16: Thành phần tiếp tuyến trọng lượng dải Gn: Tn Cột 17: Thành phần pháp tuyến trọng lượng dải Gn: Nn Cột 18: Áp lực thấm đáy dải thứ n: Wn=γn.hn.ln SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang 2 Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Cột 19: Giá trị (Nn-Wn).tan φn Kết tính tốn sau chia dải hình vẻ ta : R = 198.6 m; m = 14 (dải); b = 14.18 m => k = 1.516 Theo kết tính tốn bảng ta thay tất gí trị vào (***) ta được: = = 1.516 So sánh ta thấy: o o K = 1.516 > [K] = 1.35 K = 1.516 < 1.15[K] = 1.743 [K] tra theo TCVN 8216-2018 theo cấp công trình tổ hợp tải trọng với cấp cơng trình I  Kết luận: Đập thoả mãn yêu cầu ổn định kinh tế Thực tế để tính xác K ta cần tính với nhiều cung trượt khác Trong phạm vị đồ án biết cách tính tốn, ta coi đập ổn định với hệ số K = 1.516 V CẤU TẠO VÀ CHI TIẾT ĐẬP Đỉnh đập - Vì đỉnh đập không làm đường giao thông nên cần phủ lớp dăm - sỏi dày 15cm để bảo vệ Mặt đỉnh đập làm dốc hai phía với độ dốc i = 2% để thoát nước mưa SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Bảo vệ mái đập a Mái thượng lưu o Hình thức bảo vệ mái thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố sóng khả cung cấp vật liệu o Khi tính tốn lớp bảo vệ mái, cần dựa vào chiều cao sóng lớn (theo tần suất gió mức bảo đảm sóng lớn quy định quy phạm) o Căn vào kết tính chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%), thượng lưu o MNDBT mục II, ta có hsl 1% = 1.9 m > 1.25 m Điều kiện khai thác đá, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập lát mái, có tiêu lý sau: φ= 30; n = 0.35; γk = 2.4 T/m3 o Do chọn hình thức bảo vệ mái đá xây, chiều dày xác định theo điều kiện chống đẩy lật Sơ dùng công thức Anđrâytruc đề xác định chiều dày hb mái = = 0.317 Trong đó: + B bề rộng tấm, chọn B = m + góc nghiêng mái với mặt nằm ngang, α=12.31 + K - hệ số, đặt lớp lọc liên tục hạt lớn lấy K = 0.23 + hs = hsl 1% = 1.9 - chiều cao sóng + Ls = 20.92 m - chiều dài sóng (hay bước sóng) + γd = 2.4 T/m3 - dung trọng đá (hòn đá) + γn = T/m3 - dung trọng nước b Mái hạ lưu o Mái hạ lưu đập cần bảo vệ chống xói nước mưa gây Phổ biến dùng hình thức trồng cỏ Khi mái cần đào rãnh nhỏ nghiêng với trục đập góc 450, rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa Nước từ rãnh tập trung vào mương ngang bố trí cơ, mương ngang có độ dốc bên bờ để nối với mương dọc dẫn nước hạ lưu Nối tiếp đập với bờ a Nới tiếp đập với SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm o Về hình thức chống thấm nên Việc xử lý mặt tiếp giáp thân đạp cách bóc lớp phong hóa lớp dày 0.7 – m mặt b Nối tiếp đập với bờ o Nói chung, cần đảm bảo yêu cầu nối tiếp đập với Cần ý thêm điểm: • Ở chỗ nối tiếp với bờ tầng không thấm nằm sâu bờ, phải cắm thiết bị • chống thấm vào bờ khoảng định Mặt nối tiếp thân đập với bờ không đánh cấp, không làm dốc, không cho phép làm dốc ngược VI KẾT LUẬN - Tổng kết lại trình làm đồ án em tính tốn thiết kế số cơng việc sau: o Tính thiết kế kích thước đập đất o Tính thấm hai mặt cắt đại diện • Mặt cắt lịng sơng • Mặt cắt sườn đồi o Tính ổn định cho mái đập trường hợp: xét ổn định mái hạ lưu ứng với mực nước thượng lưu MNDBT mực nước hạ lưu mực nước max o Tính tốn cấu tạo chi tiết đập đất số công tác chủ yếu thiết kế đập đất Ngồi ta cịn nhiêu phần tính tốn phạm vi đồ án khơng thể giải nhau: • Tính thấm cho nhiều mặt cắt • Tính ổn định trược mái đạp số trường hợp nữa… SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang ... đập Cao trình đỉnh đập SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Công trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm Cao trình đỉnh đập cao trình lớn đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập Mặt khác đập không... > 50 Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm C - - >10 ÷ 15 >4 ÷ 10 ≤4 CHÚ THÍCH: 1) Đất chia thành nhóm điển hình: - Nhóm A: đá ; - Nhóm B: đất cát, đất hịn thơ, đất sét trạng... kiện: SVTH: Nguyễn Phước Nhật Trang Đồ án: Cơng trình thủy – thiết kế đập đất cống ngầm a Theo chiều cao cơng trình loại Giả thiết sơ cao trình đỉnh đập: Zđỉnh đập = MNLTK + d = 83.6 + = 86.6 (m)