1. Mục đớch tớnh toỏn:
Đập đất là cụng trỡnh bằng vật liệu địa phương cú khối lượng lớn nờn cú khả năng mất ổn định về lật, trượt theo mặt nền và mất ổn định do trượt mỏi dốc. Vỡ vậy mục đớch chớnh của tớnh toỏn ổn định là trờn cơ sở tớnh toỏn mà xỏc định được hợp lý nhất mặt cắt ngang của đập sao cho đảm bảo ổn định trong điều kiện thực tế làm việc và đảm bảo kinh tế nhất.
2. Trường hợp tớnh toỏn:
Thời kỳ thi cụng và khi đập vừa xõy dựng xong.
Kiểm tra ổn định mỏi hạ lưu khi hồ đó chứa nước với cỏc mực nước thượng hạ lưu khỏc nhau.
Kiểm tra ổn định mỏi thượng lưu với trường hợp mực nước trong hồ chứa rỳt nhanh.
SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 76
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh Do thời gian cú hạn nờn trong đồ ỏn này ta chỉ tớnh toỏn ổn định đập đất với trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước lớn nhất (ứng với lượng xả
max
x
Q ), thiết bị chống thấm và thoỏt nước làm việc bỡnh thường (tổ hợp lực cơ bản). Chọn mặt cắt tớnh toỏn bất lợi nhất là mặt cắt lũng sụng.
3. Tài liệu tớnh toỏn.
Cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất đắp: Độ rỗng đất đắp: n = 0,37 Gúc ma sỏt trong khụ: ϕtn= 180 Dung trọng riờng khụ:γk = 1,6 T/m3
Dung trọng tự nhiờn: γtn = γk (1+w) = 1,6 (1+ 13,4%) = 1,814 T/m3 Dung trọng bóo hoà: γbh = γk + n . γn = 1,6 + 0,37 x 1 = 1,97 T/m3 Lực dớnh đơn vị của đất đắp đập: C = 2,8 T/m2
4. Phương phỏp tớnh toỏn:
Cú rất nhiều phương phỏp tớnh ổn định của đập đất. Trong đú phương phỏp cung trượt trụ trũn của Ghecxờvanop khỏ đơn giản và cho kết quả tương đối chớnh xỏc, ta chọn phương phỏp này để tớnh toỏn.
Giả thiết mặt trượt trụ trũn, xem khối trượt là vật thể rắn, ỏp lực thấm được chuyển ra ngoài thành ỏp lực thuỷ tĩnh tỏc dụng vào mặt trượt và hướng tõm cung trượt. Để đảm bảo ổn định mỏi đập thỡ phải thoả món bất đẳng thức:
K = t c M M ∑ ∑ ≥ [K]
Trong đú : K : hệ số ổn định của cung trượt.
[K] : hệ số ổn định cho phộp, phụ thuộc vào cấp cụng trỡnh, được lấy theo quy phạm.
∑MC : Tổng momen chống trượt của khối đất đối với tõm cung trượt. ∑Mt : Tổng momen gõy trượt.
a. Cỏc bước tớnh toỏn:
a.1. Tỡm vựng chứa tõm cung trượt nguy hiểm:
Sử dụng hai phương phỏp :
SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 77
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh
+ Phương phỏp Filenit: Tõm trượt nguy nằm ở lõn cận đường MM1 (hỡnh vẽ), điểm M1, được xỏc định dựa vào gúcα,β, cỏc trị số α ,β phụ thuộc vào độ dốc mỏi hạ lưu.
Với: Hđ = 20,8 (m) ; 4,5.Hđ = 4,5. 20,8 = 93,6 (m)
mtb = 2,875, tra bảng (6-5) giỏo trỡnh Thuỷ Cụng T1 ta cú α = 350, β = 250.
+ Phương phỏp Fandeep: Tõm cung trượt nguy hiểm nằm ở lõn cận hỡnh thang
cong bcde (hỡnh vẽ). Trong đú: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tia de theo phương thẳng đứng
- Tia bc theo phương tạo với mặt nghiờng trung bỡnh mỏi đập một gúc 850 - R, r phụ thuộc hệ số mỏi và chiều cao đập. Với mtb = 2,875, tra bảng (6-6) GT
Thuỷ cụng tập I ta được d R H = 2,23125 ⇒ R = d R H .Hđ = 46,41 (m). d r H = 0,96875 ⇒ r = d r H . Hđ = 20,15 (m).
Kết hợp cả hai phương phỏp trờn ta tỡm được phạm vi cú khả năng chứa tõm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trờn đú giả định cỏc tõm O1, O2, O3… Vạch cỏc cung trượt đi qua một điểm Q1 ở chõn đập, tiến hành tớnh hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3..cho cỏc cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trớ tõm Oi, ta xỏc định được trị số Kmin ứng với cỏc tõm O trờn đường thẳng M1M. Từ vị trớ của tõm O ứng với Kmin đú, kẻ đường NN vuụng gúc với M1M. Trờn đường NN lại lấy cỏc tõm O khỏc, vạch cỏc cung cũng đi qua điểm Q1 ở chõn đập. Tớnh K ứng với cỏc cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tõm O, ta xỏc định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chõn đập.
Với cỏc điểm Q2, Q3… ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cỏch tương tự, ta cũng tỡm được trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với cỏc điểm ra của cung Oi ta tỡm được hệ số an toàn nhỏ nhất cho mỏi đập.
Trong phạm vi đồ ỏn này ta chỉ giới hạn tớnh toỏn cho 1 điểm Q1 ở chõn đập.
SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 78
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh B e β 85° M 4.5Hd H d M1 α c A d b H đ r R Kmin min o
Hỡnh 8 – 8: Xỏc định vựng tõm cung trượt nguy hiểm.
a.2. Xỏc định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ:
Xuất phỏt từ cụng thức K = t c M M ∑ ∑
ta đi xỏc định cỏc yếu tố cần thiết.
Theo Ghộcxờvannụp với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, ỏp lực thấm được chuyển ra ngoài thành ỏp lực thuỷ tĩnh tỏc dụng lờn mặt trượt và hướng vào tõm.
Chia khối trượt thành cỏc dải cú chiều rộng b (hỡnh vẽ 8-7), ta cú cụng thức tớnh toỏn hệ số ổn định như sau:
K = n n n n n T l C tg N Σ Σ + − Σ( Wn) ϕ
Trong đú: ϕn, Cn - gúc ma sỏt trong và lực dớnh đơn vị ở đỏy dải n
ln - Bề rộng đỏy dải thứ n
Wn – Áp lực thấm ở đỏy dải thứ n: Wn = γn.hn.ln
hn - Chiều cao cột nước từ đường bóo hoà đến đỏy dải
Nn, Tn – Thành phần phỏp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn Nn = Gn.cosαn
Tn = Gn.sinαn
Gn = b(Σγi.hi)n , hi - Chiều cao của phần dải tương ứng cú dung trọngγi
αn - Gúc hợp bởi phương thẳng đứng và đường thẳng nối tõm đỏy dải thứ n với tõm trượt.
Vậy ta cú bảng tớnh toỏn như sau:
SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 79
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh Cột 1: Thứ tự của cỏc dải
Cột 2ữ3: Chiều sõu phần đất hi cú dung trọng tương ứngγi
Cột 4: Chiều rộng dải b(m) Cột 5: Tớnh : Gn = b.Σγi.hi Cột 6: Tớnh: sinα = m n Cột 7: Tớnh : cosα = 1 ( )2 m n −
Cột 8: Tớnh: tgϕn : Lấy ϕn tuỳ theo điểm xột giống như trường hợp tớnh Cn Cột 9 : Tớnh: Nn = Gn.cosα
Cột 10: Tớnh: Tn= Gn.sinα (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cột 11: Tớnh: ln = b/cosα
Cột 12: Trị số Cn:
Nếu điểm đang xột nằm trờn đường bóo hoà thỡ Cn lấy bằng Cn đất đắp tự nhiờn. Nếu điểm đang xột nằm dưới đường bóo hoà nhưng trờn mặt nền thỡ Cn lấy bằng Cn bóo hoà đất đắp.
Nếu điểm đang xột nằm dưới mặt nền thỡ Cn lấy bằng Cn đất nền. Cột 13: Tớnh: Cn.ln
Cột 14: Tớnh: Wn = γn.hn.ln, γn - trọng lượng riờng của nước: γn = 1T/m3 Cột 15: Tớnh : (Nn – Wn).tgϕn γ2,ϕ2,C2 γ3,ϕ3,C3 γ1,ϕ1,C1 690.4 711.2 b MNLTK Gn CnLn Tn Nn Wn b h h 1 2 c b d e A B R O1 Q1
Hỡnh 8 - 9: Sơ đồ ổn định trượt mỏi đập đất theo phương phỏp Ghecxờvanốp.
SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 80
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh Cỏc bảng tớnh ổn định (8-10); (8-11); (8-12); (8-13) xem trong phụ lục.
SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 81
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh 35° 25° 85° r R M A B M Hd MNLTK Đập đồng chất Tầng không thấm
Cung trượt qua tâm O
H2 1 0 -2 2 3 4 5 6 7 -3 -1 1 8 4,5.Hd 1 0 T e b c d 1
Hỡnh 8-10: Sơ đồ tớnh toỏn ổn định trượt mỏi đập đất tõm O1
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh
Bảng 8-9: Bảng tớnh toỏn ổn định cho cung trượt tõm O1
Bỏn kớnh R = 52,4m; chiều rộng dải b = 5,24m; m = 10. TTD h1 h2 b Gn sina cosa tgφ Nn Tn Ln Cn Cn.Ln Wn (Nn-Wn)tgφn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 -2 3,680 0,480 5,240 39,935 -0,200 0,980 0,325 39,128 -7,987 5,348 2,800 14,975 2,567 11,882 -1 4,700 2,210 5,240 87,560 -0,100 0,995 0,325 87,121 -8,756 5,266 2,800 14,746 13,324 23,984 0 5,800 3,000 5,240 155,095 0,000 1,000 0,325 155,095 0,000 5,240 2,800 14,672 21,484 43,423 1 7,240 4,230 5,240 196,533 0,100 0,995 0,325 195,548 19,653 5,266 2,800 14,746 29,334 54,019 2 7,600 4,400 5,240 186,656 0,200 0,980 0,325 182,885 37,331 5,348 2,800 14,975 29,414 49,878 3 8,400 4,000 5,240 141,208 0,300 0,954 0,325 134,703 42,362 5,493 2,800 15,380 23,730 36,066 4 8,950 3,040 5,240 116,454 0,400 0,917 0,325 106,732 46,582 5,717 2,800 16,008 17,381 29,039 5 9,780 1,440 5,240 107,827 0,500 0,866 0,325 93,381 53,914 6,051 2,800 16,942 8,713 27,517 6 10,540 1,200 5,240 112,574 0,600 0,800 0,325 90,059 67,544 6,550 2,800 18,340 7,860 26,715 7 9,260 0,800 5,240 96,278 0,700 0,714 0,325 68,756 67,395 7,337 2,800 20,545 5,870 20,438 TỔNG 318,038 161,328 322,963 K = n n n n n T l C tg N Σ Σ + − Σ( Wn) ϕ = 1,5227. SVTH : Lờ Hoàng Giang Lớp : 44C1 83
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh
5. Đỏnh giỏ tớnh hợp lý của mỏi:
∗ Mỏi đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả món điều kiện: Kmin ≥ [K]
[K] phụ thuộc vào cấp cụng trỡnh và tổ hợp tải trọng, tra TCVN 8216-2009 ứng với cụng trỡnh cấp III ta được: [K] = 1,3
Ta thấy: Kmin = 1,42 > [K] = 1,3 Vậy điều kiện trờn đó được thoả món
∗ Để đảm bảo điều kiện kinh tế cần khống chế: Kmin≤ 1,15 [K] = 1,15.1,3 = 1,495 Ta thấy: Kmin = 1,42 < 1,15[K]
Do ta mới chỉ tớnh toỏn cho một trường hợp là cung trượt đi qua một điểm ở đỉnh lăng trụ nờn giỏ trị vừa tớnh chưa hẳn là giỏ trị nhỏ nhất. Trong phạm vi đồ ỏn ta chỉ dừng lại ở đõy và kết luận mỏi đập lựa chọn là hợp lý.
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh
CHƯƠNG 9
THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ
9.1. Tuyến và hỡnh thức tràn:
9.1.1. Vị trớ:
Căn cứ vào bản đồ địa hỡnh và bỡnh đồ vị trớ xõy dựng cụng trỡnh ta chọn vị trớ tuyến tràn đặt tại phớa bờ phải của tuyến đập chớnh, tuyến tràn thẳng, ngưỡng tràn ở cao trỡnh MNDBT là 710 m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
9.1.2. Hỡnh thức - Quy mụ cụng trỡnh: a. Hỡnh thức cụng trỡnh:
Hỡnh thức tràn là đường tràn dọc, đỉnh rộng khụng cú cửa van, cú mặt cắt hỡnh chữ nhật chảy tự do.
Phớa trước ngưỡng tràn cú tường cỏnh để dũng chảy vào ngưỡng tràn được thuận lợi. Phớa sau ngưỡng tràn là dốc nước và tiờu năng đỏy bằng bể tiờu năng.
b. Quy mụ cụng trỡnh:
Qua phần chọn phương ỏn và tớnh toỏn điều tiết lũ ta đó chọn được tràn loại đỉnh rộng với Btr = 15m.
b.1. Kờnh dẫn thượng lưu:
Kờnh dẫn thượng lưu cú mặt cắt ngang hỡnh chữ nhật dựng để dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn, cú cỏc thụng số cơ bản như sau:
- Bề rộng kờnh: Bk = 30m. - Chiều dài kờnh dẫn: L = 30m. - Độ dốc đỏy kờnh: i = 0.
b.2. Tường hướng dũng:
Dựng để nối tiếp kờnh dẫn thượng lưu với ngưỡng tràn, hướng nước chảy thuận dũng vào ngưỡng tràn, bảo vệ mỏi đất ở hai bờn phớa trước ngưỡng tràn, tường cỏnh mở rộng dần từ Btr = 15m đến Bk = 30m.
- Chiều cao tường cỏnh tăng dần theo chiều dũng chảy. - Chiều dày tường tăng dần từ đỉnh tường đến chõn tường.
- Bố trớ đỉnh tường cỏnh thượng lưu: tường cao bằng cao trỡnh đỉnh đập ở cao trỡnh + 712,6 m và thấp dần về phớa thượng lưu.
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh - Vật liệu làm tường và bản đỏy bằng bờ tụng cốt thộp M200.
- Chiều dày đỉnh tường: 0,5m. - Chiều rộng đỏy tường: 3,5m.
- Chiều dày bản đỏy là 50cm, dưới bản đỏy được gia cố bằng lớp bờ tụng lút M100 dày 10cm. 350 80 180 150 5050
Hỡnh 9-1 : Cấu tạo tường bờn dốc nước.
b.3. Ngưỡng tràn và cỏc thiết bị trờn ngưỡng:
+ Cao trỡnh ngưỡng tràn: 710m. + Chiều rộng tràn nước: b = 15m. + Số khoang tràn nước: n = 3, rộng 5m.
+ Tổng chiều rộng ngưỡng tràn (kể cả hai mố trụ) B = 17m. + Chiều dài ngưỡng tràn: L = 6m.
+ Cao trỡnh đỉnh tường ở ngưỡng tràn bằng cao trỡnh đỉnh đập +710m. + Lưu lượng lũ thiết kế : QTK = 70,8 m3/s
+ Chiều dày bản đỏy là 1m, vật liệu làm ngưỡng là bờ tụng cốt thộp M200, dưới bản đỏy là lớp bờ tụng lút M100 dày 10cm. 1 0 0 600 40 40 BTCT M200 40 40 Hỡnh 9-2 : Mặt cắt dọc ngưỡng tràn.
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh
b.3.1. Trụ pin:
Do bề rộng tràn nước lớn nờn ta phải bố trớ cỏc trụ pin (trụ giữa) trờn ngưỡng tràn để tăng ổn định cho ngưỡng tràn. Trờn bản đỏy ngưỡng tràn cú bố trớ 2 trụ pin.
Trụ pin cú nhiệm vụ để đỡ cỏc bộ phận phớa trờn như cầu cụng tỏc, cầu giao thụng…
Đầu trụ pin lượn trũn để đảm bảo dũng chảy qua nú được thuận lợi, cao trỡnh trụ pin được xỏc định bởi hỡnh thức cửa van, mỏy đúng mở, cầu giao thụng…
* Cỏc thụng số của trụ pin như sau:
∇đỉnh trụ =∇đỉnh đập = 712,6m ;∇Đỏy trụ =∇ngưỡng = 710m.
+ Chiều dày mố trụ : dmt = 1m, đầu mố trụ lượn trũn, bỏn kớnh r = 0,5m. + Chiều dày mố bờn chọn dmb = 0,5m.
+ Chiều dài của trụ pin bằng chiều dài ngưỡng tràn và bằng 6m. + Chiều cao trụ giữa: Hg = ∇Đ - ∇nt = 712,6 – 710 = 2,6m (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.0
R=0.5
Hỡnh 9-3: Kớch thước trụ pin.
* Cỏc thụng số của trụ bờn như sau:
+ Chiều dài trụ bờn bằng chiều dài ngưỡng tràn và bằng 6m. + Chiều dày của trụ bờn thay đổi từ trờn xuống (0,8 – 1)m. + Chiều cao trụ bờn: Hb = Hg = 2,6 m.
+ Vật liệu làm trụ là bờtụng cốt thộp M200.
b.3.2. Cầu giao thụng:
Cao trỡnh mặt cầu giao thụng bằng cao trỡnh đỉnh đập, được bố trớ phớa đầu ngưỡng tràn.
Kết cấu cầu giao thụng gồm bản mặt, dầm dọc, dầm ngang và cỏc trụ cầu. Kớch thước cơ bản của cầu giao thụng như sau:
Đồ ỏn tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật cụng trỡnh
Hỡnh 9-4: Mặt cắt ngang cầu giao thụng.
b.4. Dốc nước:
Bộ phận nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước làm nhiệm vụ dẫn nước xuống bể tiờu năng.
+ Chiều dài dốc nước : L = 145m
+ Đoạn thu hẹp : Lth = 20m , Bđ = 15m, Bc = 10m.
+ Đoạn cú bề rộng khụng đổi là đoạn thẳng: L = 125m , B = 10m + Độ dốc của dốc nước : i = 10%
+ Hệ số nhỏm của dốc nước: n = 0,014.
+ Cao trỡnh đầu dốc nước: ∇đd = ∇ng.tr = + 710m.
+ Cao trỡnh cuối dốc nước: ∇cd =∇đd - i.Ld = 710 -0,1.145 = 695,5m. + Dốc cú mặt cắt hỡnh chữ nhật, được làm bằng BTCT M200.
+ Tường bờn dốc nước là tường bờ tụng cốt thộp kiểu tường sườn, cuối dốc nước là bể tiờu năng.
+ Lưu lượng thiết kế trờn dốc : QTK = 70,8 m3/s.
b.5. Tiờu năng sau dốc nước:
Do dốc nước cú độ dốc lớn, kờnh hạ kưu cú độ dốc nhỏ. Vỡ vậy ta bố trớ bề rộng bể tiờu năng lớn hơn bề rộng đỏy dốc nước để lỏi dũng được thuận.
Chọn hỡnh thức tiờu năng đỏy, biện phỏp tiờu năng là đào bể tiờu năng, vật liệu làm bể tiờu năng bằng BTCT M200.
b.6. Kờnh xả hạ lưu: