CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ GIẢI PHÁP XÂY DỰNG, ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH
5.2 THIẾT KẾ CƠ SỞ ĐẬP BÊ TÔNG
5.2.1 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
a. Cấp công trình:
Sơ bộ xác định theo hai điều kiện:
Theo chiều cao công trình và loại nền. Theo tính toán ở phần trước, ta đã sơ bộ xác định được chiều cao đập hđập = 56,61 m và công trình được đặt trên nền đá. Theo [1], công trình thuộc cấp II.
Theo nhiệm vụ phục vụ tưới của công trình. Theo số liệu đề tài, diện tích lớn nhất F = 25000 ha. Theo [1], công trình thuộc cấp II.
Hồ chứa có dung tích hồ =336,74.106 m3 thì công trình là cấp I.
Vậy công trình thuộc cấp I.
b. Các chỉ tiêu thiết kế:
Từ cấp công trình đã xác định ở trên, công trình cấp I, ta xác định được:
Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất P = 0,5%
Hệ số tin cậy Kn = 1,20
Hệ số an toàn ổn định trượt với tổ hợp lực cơ bản và đặc biệt + Kc: Hệ số an toàn ổn định cho phép, theo [1] ta có:
m k Kc nc. n
=
(5-1) Trong đó:
- nc: Hệ số tổ hợp tải trọng : nc = 1,00 đối với tổ hợp tải trọng cơ bản nc = 0,9 đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt
- m: Hệ số điều kiện làm việc được m = 0,95
- kn: Hệ số đảm bảo được xét theo quy mô, nhiệm vụ công trình, xác định theo cấp công trình kn = 1,2
Từ đó thay vào công thức ta được:
Trường hợp cơ bản có hệ số [K] = 1,263 Trường hợp đặc biệt có hệ số [K] = 1,137 5.2.2 Tính toán mặt cắt cơ bản đập:
Kết quả tính toán mặt cắt cơ bản đập được trình bày cụ thể trong phụ lục 4.1
Hình 5.1: Sơ đồ mặt cắt cơ bản của đập bê tông.
5.2.3 Tính toán mặt cắt thực dụng đập:
Ta phải thiết kế mặt cắt thực tế vì những lý do sau:
- Khi thiết kế mặt cắt cơ bản ta chưa xét đến các lực như áp lực sóng, lực động đất, áp lực nước ở hạ lưu, áp lực bùn cát...
- Trong trường hợp thiết kế mặt cắt không tràn nước thì đỉnh đập cao hơn mực nước tính toán một đoạn vượt cao d.
- Trong trường hợp thiết kế mặt cắt tràn nước thì đỉnh đập phải thấp hơn mặt cắt tính toán và mái hạ lưu phải lượn cong để nối tiếp tiêu năng.
- Để tăng ổn định cho đập, ta sẽ làm chân khay.
- Để giảm khối lượng bê tông, ta làm các lỗ phía trong đập và các hành lang thoát nước hoặc kiểm tra.
5.2.3.1 Xác định cao trình đỉnh đập:
Cao trình đỉnh đập được trình bày tính toán cụ thể trong phụ lục 4.2 Bảng 5.2: Kết quả tính toán chiều cao đỉnh đập.
Trường hợp ∇
Mực nước
η Δh a ∇
Đỉnh đập(m) ∇
Đỉnh đậpchọn
MNDBT 99,62 3,03 0,016 1,5 104,17
104,60
MNLTK 102,44 1,15 0,007 1,0 104,59
MNLKT 102,97 0,5 103,47
Nhận xét: So với mức nước lũ kiểm tra có cao trình mực nước 102,97 m thì cao trình đỉnh đập được chọn cao hơn mực nước lũ kiểm tra. Như vậy cao trình đập đảm bảo an toàn khi có lũ kiểm tra xảy ra.
B = 49,40
Kiểm tra lại cấp công trình: Sau khi xác định được cao trình đỉnh đập ta có chiều cao đập thực tế lớn nhất ứng với cao trình đỉnh đập 103,50m và cao trình đáy thấp nhất ở cao trình 43,00m là Hmax = 104,6 – 43, 00 =61,60m. Theo [1] đối với công trình bê tông và bê tông cốt thép đặt trên nền đá có chiều cao H > 60 ÷ 100 m thì cấp công trình là cấp I. Như vậy xác định cấp công trình ban đầu cấp I là đúng.
5.2.3.2 Mặt cắt thực dụng.
Cao trình đỉnh đập như đã xác định ở phần trước là : 104,60m.
Bề rộng đỉnh đập: đỉnh đập không có yêu cầu giao thông nên chọn theo điều kiện cấu tạo b ≥ 5m. Ở đây ta chọn b = 7m.
Bố trí các lỗ khoét:Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sữa chữa. Ở đây ta bố trí hành lang tập trung nước trong thân đập kết hợp sữa chữa đặt ở cao trình 49.00m có kích thước (b x h ) = ( 3 x 4)m. Tại 2 khoang tiếp xúc với tràn được mở rộng về phía thượng lưu để bố trí hầm chứa phai.
Mặt cắt đập không tràn được cấu tạo có dạng hình tam giác cạnh huyền ( mái dốc đập phía hạ lưu ) có độ dốc 1: 0,75.
Vật liệu chính sử dụng cho đập không tràn là bê tông M 150. Mặt thượng lưu giáp nước và xung quanh hành lang dùng BTCT M 200 có chiều dày trung bình 1,5 ÷ 2 m. Nền đập được khoan phụt tạo màng chống thấm đến hết lớp đá
rãnh đặt cáp
50300 có lưới thép BT thường M250(B8)
rcc caáp phoái 2(B6) 1500
25003000
ống thoát nước 15cm từ ct 101.17 trở xuống queùt choáng thaám xypex
500500
BT thường M250 lưới thép ranh giới BTCT M200(B4) và
2000 BTCT M200
60.30 68.50 94.49 100070001000
10261500500
6750 104.60
12000 2133
4267
1:1 1:0.75
53.00 54.50 1500200 2003000
53.00 3500
rcc caáp phoái 2(B6) 55.00
1:11000
46.00 1:0.5
bt m150 bt m150 50049.003500300 1:1.0
Cao độ để khoan phụt
43.00 1:1.0
5200 1500 5300
BTCT M250(b8) ống thu nước nền đập
1:0.5 3000
2133 1544
44.50 1:0.5
50.00
BT lót M200 dày 10cm
6450 52.70 200
màng khoan phụt 46.00 49.00 rcc caáp phoái 3(B4) 3000 MNC64.71 500
7000
78.00
900
3500
1000 BT M150 đúc sẵn Tim đập
Đất đắp =1.75 γT/m3 Tặ LEÄ 1:250
MẶT CẮT 5-5
ị
GHI CHUÙ
1- Kích thước trong bản vẽ bằng mm, cao trình bằng m.
2- Bản vẽ này xem cùng các bản vẽ :N01,N02 MNDBT 99.62
MN LU TK 102.44
Hình 5.2: Mặt cắt thực dụng của đập không tràn.
5.2.4 Tính toán ổn định.
5.2.4.1 Các tài liệu cơ bản.
+Mực nước thiết kế.
- Cao trình đỉnh đập : 104,60 m.
- MN Lũ thiết kế = 102,44 m.
- MN Lũ Kiểm tra = 102,91 m.
- MNDBT =99,62 m.
- MNC = 64,71 m.
- Mực nước hạ lưu max ứng với MN Lũ kiểm tra = 56,11 m.
- Mực nước hạ lưu min (trương hợp không có nươc) = 48,00 m.
+Các chỉ tiêu cơ lý:
- Trọng lượng riêng của bê tông γb
= 2,4 T/m3
- Dung trọng đẩy nổi của bùn cát
bc
γdn
= 0,9 T/m3
- Góc ma sát trong của bùn cát ϕbc
= 160
- Đất đắp phía hạ lưu đập không tràn có ccb γ
= 1,75 T/m3, C = 1,5 T/m3, ϕ
= 180.
- Hê số ma sát f khi mặt trượt là mặt tiếp xúc giữa nền đá và bê tông (ϕ
=
450, tgϕ
= 1), để thiên về an toàn chọn f = 0,8
- Lực dính kết C = 15 T/m2, để thiên về an toàn chọn C = 10T/m2.
- Sức chịu tải của đá nền, đá granít phong hoá nhẹ, khuyết tật nặng ta có : Rnbh =2835T/m2
+ Cấp công trình và hệ số ổn định cho phép.
Công trình cấp I
Hệ số ổn định cho phép tính theo [1]
m K Kc nc. n
=
Với nc: Hệ số tổ hợp tải trọng
nc = 1,0 đối với tải trọng cơ bản nc = 0,9 đối với tải trọng đặc biệt
Kn: Hệ số đảm bảo được xét theo quy mô, nhiệm vụ công trình, xác định theo cấp công trình , Kn = 1,2.
m: Hệ số điều kiện làm việc m = 0,95
Đối với tải trọng đặc biệt Kc = 1,137 Các trường hợp tính toán.
a.Trường hợp cơ bản.
-Trường hợp vừa thi công xong chưa có nước -Trường hợp khai thác bình thường cửa van mở
-Trường hợp khai thác bình thường cửa van đóng MNDBT = 99,62 m, MNHLmin = 48m.
b.Trường hợp đặc biệt.
-Trường hợp khai thác bình thường cửa van đóng MNDBT = 99,62 m + động đất cấp 7
-Trường hợp thượng lưu là mực nước lũ kiểm tra P = 0,1% MNLTK = 102,44 m. Hạ lưu là mực nước tương ứng 56,11m.
-Trường hợp khai thác bình thường cửa van đóng MNDBT = 99,62m, màng chống thấm bị hỏng.
-Trường hợp khai thác bình thường cửa van đóng MNDBT = 99,62m, màng chống thấm bị hỏng 50% + động đất cấp 7.
Ta tiến hành kiểm tra cho trường hợp nguy hiểm nhất: Trường hợp thượng lưu là MNLKT=102,91 m, hạ lưu là MNHLmax = 56,11m.
Ngoại lực tác dụng:
-Trọng lượng bản thân đập -Áp lực nước thượng hạ lưu
-Áp lực bùn cát thượng lưu ứng với cao trình 59,71 m
-Áp lực sóng: Theo kết quả tính toán phần xác định cao trình đỉnh đập đã xác định được chiều cao sóng tác dụng vào công trình dạng thẳng đứng η
5.2.4.2 Nội dung tính toán ổn định:
Trường hợp thượng lưu là MNLTK=102,44 m, hạ lưu là MNHLmax = 56,11m.
Tính toán cho một khoang đập không tràn dài 1m. Chi tiết xem phần phụ lục 4.3
Kết quả tính toán như sau:
-Tổng các lực theo phương thẳng đứng: ∑P = 2320,9 T.
- Tổng các lực theo phương ngang: ∑E = 1854,9 T.
-Tổng mômen chống lật ∑MCL = 121889,8 T.m.
-Tổng mômen gây lật ∑MGL = 70697,1 T.m.
- Tính toán kiểm tra ổn định lật:
706 [ ]
121889,8
9 1,724 1, 2
, 3
1 6
7
CL
L L
GL
K M K
= ∑M = = > =
∑
-Tính toán kiểm tra ổn định trượt:
[ ]
. 0 2320,9.0,8 49, 4.10
1, 267 1, 263
1854,9 L
G f BC
K K
P
∑ + +
= = = > =
∑
Kết luận : Trong trường mực nước thượng lưu hồ là MNLKT thì đập làm việc đảm bảo ổn định về lật, trượt.