Thiết kế Công trình Đầu mối: Đập Đất và Đường Tràn

MVL6

• Xác định mực nước dâng bình thường và dung tích hồ 1. Khái niệm
• Bố trí tổng thể công trình đầu mối
• Tính toán điều tiết lũ
• thiết kế sơ bộ đập dâng
• thiết kế sơ bộ đường tràn
• Bố trí chung đường tràn
• tính toán thuỷ lực đường tràn
• chọn cấu tạo các bộ phận tràn
• Các kích thước cơ bản của đập 1. Chọn hình thức đập
• tính toán ổn định đập đất
• Chọn cấu tạo đập
• bố trí cống 1. Nhiệm vụ
• tính toán khẩu diện cống
• Chọn cấu tạo cống
• Phương pháp Tính toán thấm : 1. Bài toán lí thuyết thấm
• Giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Phương án tuyến 2 xa khu tưới hơn, có chiều dài đập lớn hơn nhưng nó có địa hình thuận lợi hơn trong việc bố trí tràn xả lũ, dòng chảy vào tràn thuận hơn phương án 1 nhưng dốc nước sau tràn xả lũ sẽ dài hơn. Phương án 1 thiết kế đập đất nhiều khối dựa trên nguồn vật liệu dồi dào tại địa phương, do đặc điểm của đất miền Trung là loại đất có dung trọng lớn, đặc biệt là tính trương nở, co ngót, vì vậy việc bố trí hợp lí các loại đất khác nhau vào thân đập không những tận dụng được nguồn vật liệu địa phưong mà còn tăng tính ổn định của thân đập. Từ địa hình tuyến công trình ta thấy vai trái đập để bố trí tràn xả lũ là hợp lí hơn cả vì ở đây có thể bố trí tuyến tràn từ vai trái đập, đi theo sườn đồi rồi đổ xuống đoạn sông cong ngay sau ghềnh đá.

Bố trí tràn xả lũ bên bờ vai trái của đập đất, đi theo sườn núi rồi đổ xuống đoạn sông cong ở ngay hạ lưu; dạng tràn hở có cửa van cung, tràn có mặt cắt thực dụng và cửa van khống chế nối tiếp là dốc nước có chiều rộng không đổi, tiêu năng cuối dốc là mũi phun. Tính toán thuỷ lực trên dốc nước với mục đích nhằm xác định đường mặt nước trên dốc nước để tính chính xác đường biên và lưu tốc trên dốc cũng như điều kiện thuỷ lực trước khi vào tiêu năng nhằm đảm bảo hợp lý và an toàn cho công trình. Dựa vào bình đồ và địa chất khu vực xây dựng công trình ta chọn tuyến tràn tại vị trí vai trái đập đất, móng được đặt trên nền đá có độ ổn định và độ bền cao, đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình.

-Kênh dẫn vào: Có hình dạng đảm bảo dòng chảy vào tràn được thuận dòng, theo địa hình khu vực này, kênh dẫn vào thiết kế có dạng hình cong; mặt cắt kênh tương đối lớn và thu hẹp dần về phía ngưỡng tràn đảm bảo tháo được lưu lượng với lưu tốc không lớn lắm để không sinh ra xói lở, đồng thời giảm được tổn thất cột nước ở cửa vào. Tính toán thuỷ lực trên dốc nước với mục đích nhằm xác định đường mặt nước trên dốc nước để tính chính xác đường biên và lưu tốc trên dốc cũng như điều kiện thuỷ lực trước khi vào tiêu năng nhằm đảm bảo hợp lý và an toàn cho công trình. Khi dòng chảy có lưu tốc lớn, lớp không khí ở gần mặt nước bị hút vào nước, các bọt khí đó pha trộn vào nước trên vùng mặt, chuyển động cùng với dòng chảy làm cho chiều sâu nước trên dốc tăng so với tính toán không có hàm khí.

Kiểm tra trượt, lật cho các mặt cắt ngưỡng tràn với mục đích đảm bảo tính hợp lí của mặt cắt ngưỡng tràn, đảm bảo cho ngưỡng tràn nói riêng và công trình nói chung ổn định trong mọi điều kiện làm việc. -Xác định gradien thấm ( hoặc lưu tốc thấm) của dòng chảy trong thân, nền đập, nhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy đất và xác định kích thước, cấu tạo của tầng lọc ngược. Xác định lưu lượng thấm qua thân đập, ta biến đổi mái thượng lưu từ mái nghiêng về mái thẳng đứng bằng cách thay tam giác thượng lưu bằng một hình chữ nhật rộng ∆L, đảm bảo lưu lượng thấm không thay đổi.

Vỡ nước thấm qua tường lừi đi theo ống khúi về hạ lưu nờn ta cú thể ỏp dụng phương trỡnh tớnh lưu lượng theo đường làm với độ dốc mỏi tường lừi độ dốc 1:0.5(đường này gần như trựng với đường đẳng thế và chia tường lừi thành 2 đoạn để tính toán ). Do có sự chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu nên trong thân đập xuất hiện dòng thấm, dòng thấm này có thể gây ra hiện tượng bất lợi như: trôi đất, xói mòn, sạt lở mái đập dẫn đến phá huỷ đập. Do khối hạ lưu của đập đất được đắp bởi đất lớp 5 là loại đất có tính tan rã và trương nở lớn khi tiếp xúc với nước nên để tránh hiện tượng này ta bố trí ống khúi thoỏt nước ở hạ lưu tường lừi để dũng thấm sau khi ra hạ lưu của tường lừi sẽ theo ống khói thoát nước về hạ lưu đập, đảm bảo khối hạ lưu đập luôn khô ráo.Vật liệu làm ống khói là cát-sỏi.

Tuy nhiên, phương pháp thuỷ lực mới chỉ đạt đến việc tìm biên tự do của bài toán thấm, chưa xác định được các yếu tố của dòng chảy trong miền thấm nhằm phục vụ cho công tác thiết kế để tìm mặt cắt tối ưu của đập. Phương pháp cơ học chất lỏng mới giải được một số bài toán đơn giản, chưa xác định được những yếu tố của dòng thấm trong miền thấm phục vụ cho việc tìm mặt cắt hợp lí của đập vì vậy ít được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Do đập nhiều khối có thiết bị thoát nước là ống khói (được làm bằng vật liệu là cát) đặt ở hạ lưu của tường lừi nờn dũng thấm khi qua tường lừi sẽ theo ống khúi thoát nước dẫn nước về hạ lưu đảm bảo khối đất đắp phía hạ lưu đập đất không bị tiếp xúc với nước.

Theo quy phạm “Nền các công trình thuỷ công”TCVN4253-86, đối với đất đắp lừi đập là đất ỏsột nờn tra bảng 2 ta được giỏ trị tớnh toỏn của gradient tới hạn cục bộ của cột nước ở vùng dòng thấm thoát ra ở hạ lưu là [Jra]=0,65.