Đồ án Môn học về thuỷ công

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ CÔNG SỐ ĐỀ : 27C A . TÀI LIỆU CHO TRƯỚC : I. Nhiệm vụ công trình : Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau đây: 1. Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác 2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân 3. Kết hợp nuôi cá ở lòng, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch. II. Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối : 1. Một đập chính ngăn sông. 2. Một đường tràn tháo lũ. 3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước. III. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản : 1. Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập 2. Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ; chỉ tiêu cơ lý ở của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn trắc , mức độ nứt nẻ trung bình . lớp phong hoá dầy 0,5- 1 m 3. Vật liệu xây dựng : a) Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu: A ( trữ lương 800.000m3 cự ly 800m ) B (trữ lượng 600.000m3 cự ly 600m ) C ( trữ lượng 1.000.000m3 cự ly 1 km ). Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1. Điều kiện khai thác bình thường. Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km , trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b) Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8km trữ lượng lớn , chất lượng đảm bảo đắp đập , lát mái : Một số chỉ tiêu cơ lý : w =32o ; n =0,35 ( của đống đá ) ; gk = 2,5 T /m3 (của hòn đá ) c) Cát , sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông ; cự ly xa nhất là 3km trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối như ở bảng 2 Bảng1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập Chỉ tiêu Loại HS rỗng n Độ ẩm W% (độ) C (T/m2) (T/m3) k (m/s) Tự nhiên Bão hòa Tự nhiên Bão hòa Đất đắp đập (chế bị) Sét (chế bị) Cát Đất nền 0,35 0,42 0,40 0,39 20 22 18 24 23 17 30 26 20 13 27 22 3,0 5,0 0 1,0 2,4 3,0 0 0,7 1,62 1,58 1,60 1,59 10-5 4.10-9 10-4 10-6 Bảng 2 - Cấp phối của các vật liệu đắp đập d(mm) Loại d10 d50 d60 Đất thịt pha cát Cát Sỏi 0,005 0,05 0,50 0,05 0,35 3,00 0,08 0,40 5,00 4. Đặc trưng hồ chứa và các thông số kỹ thuật: - Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3 - Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P% P% 2 3 5 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =2,5km ; ứng với MNDGC: D’ = 2,8km - Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua. Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất Đề số Sơ đồ Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu (m) D (km) MNC (m) MNDBT (m) Bình thường Max (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 27 C 3,0 119,5 140,0 110,5 111,5 + Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + 3 = 140 +3 = 143 (m) B . NỘI DUNG THIẾT KẾ I. Thuyết minh - Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập; - Xác định các kích thước cơ bản của đập; - Tính toán thấm và ổn định; - Chọn cấu tạo chi tiết. II. Bản vẽ - Mặt bằng đập. - Cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu); - Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thềm sông; - Các cấu tạo chi tiết. BÀI LÀM A. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I. Nhiệm vụ của công trình: Lưu vực của dòng sông S là một vùng đất rộng lớn. Mà nhu cầu về nước của vùng này rất lớn. Do vậy vấn đề cấp nước cho sản xuất là rất cần thiết. Chính vì vậy ta phải tạo ra một hồ chứa H trên sông S. Hồ chứa H sẽ đảm nhận nhiệm vụ chủ yếu là: Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác và kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, cấp nước phục vụ sinh hoạt cho 5000 dân và tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch. Để thực hiện tốt các nhiệm vụ này chúng ta phải xây dựng các công trình chủ yếu ở khu đầu mối đó là: 1. Một đập chính ngăn sông. 2. Một đường tràn tháo lũ. 3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước. II. Chọn tuyến đập: Dựa theo bình đồ khu đầu mối đã cho: Hai bên bờ sông có 2 ngọn đồi 155m nằm đối xứng nhau và thu hẹp lòng sông lại. Theo mặt cắt địa chất tuyến đập: tầng đá gốc của quả đồi tương đối tốt, lớp phủ tàn tích mỏng .Tại khu vực 2 quả đồi đều có các bãi vật liệu thuận tiện cho việc thi công. Do vậy ta chọn tuyến đập C-C đi qua 2 đỉnh của quả đồi như hình vẽ đã cho. III. Chọn loại đập: Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối mỏng. Về vật liệu địa phương chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3 cự ly 800m), B(trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1Km). Điều kiện khai thác dễ, thuận tiện cho việc thi công. Vì vậy ta chọn loại đập đất. Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu đã cho ta thấy trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá nhiều, chất lượng tốt. Đủ làm vật liệu chống thấm. Do vậy ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm. Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngợc và bảo vệ mái sau khi làm xong đập đất. IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế: 1. Cấp công trình: a) Theo chiều cao công trình và loại nền : Cao trình đỉnh đập: Zđỉnh đập= MNDGC + d với d = 1,5 43,0 chọn d =2 thay số ta có Zđ = 143 + 2 = 145(m) Từ mặt cắt địa chất tuyến đập C Zđáy đập = 103,5 m (có kể đến bóc bỏ 50cm = 0,5 m ) Vậy chiều cao đập H = Zđỉnh đập - Zđáy đập = 145 – 103,5 = 41,5 m Tra bảng P1-1 Cấp thiết kế là cấp II b) Theo nhiệm vụ của công trình: Tới cho 2650ha . Tra bảng P1-2 Cấp thiết kế là cấp III So sánh 2 chỉ tiêu ta chọn cấp công trình cấp II 2. Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định được: - Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Tra bảng P1-3 ta có P = 0,5% - Hệ số tin cậy Kn : Tra bảng P1-6 ta có Kn = 1,20 - Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (QPTL 11-77) tương ứng với P = 2% và P = 50% - Theo quan hệ tài liệu : P = 2% V = 32m/s : MNDBT P = 50% V = 12m/s : MNDGC B. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT. I. Đỉnh đập: 1. Cao trình đỉnh đập: - Xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNDGC. Z1 = MNDBT + + hsl + a Z1 = MNDGC + ’ + hsl’ + a’ Trong đó: và ’ : Độ dềnh do gió ứng với tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất; hsl và hsl’ : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. a và a’: Độ vượt cao an toàn. a) Xác định , hsl ứng với gió lớn nhất V : * Xác định Trong đó: V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với p=2%: V = 32(m/s) D - Đà sóng ứng với MNDBT: D = 3.103(m) g- Gia tốc trọng trờng (m/s2): g = 9,81(m/s2) H- Chiều sâu nước trước đập (m) H = MNDBT - đáy sông = 140 - 103,5= 36,5(m) - Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. = 00 thay số ta có : * Xác định hsl: Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau: hsl(1%) = K1 . K2 . K3 . K4 . hs1% Trong đó: hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; K1, K2 - các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối D /h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; K3 - hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4; K4 - hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3. Xác định hs1% - Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H 0,5 - Tính các giá trị không thứ nguyên Trong đó g : là gia tốc trọng trờng lấy g = 9,81 ( m/s2) t : thời gian gió thổi liên tục . Lấy t = 6giờ = 86400s V : vận tốc gió tính toán V = 32 m/s D : chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT ; D = 3000 m. Thay số ta tính được: Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được : + ứng với + ứng với ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là: bước sóng trung bình xác định theo công thức sau : H = 39,5m ; 0,5.=0,5.20,11 = 10,06 m H > 0,5 giả thiết là đúng Vậy sóng là sóng nước sâu. Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau : hs1%=K1%. Trong đó: K1% tra theo đồ thị hình P2-2 ứng với và P = %. K1% = 2,1 chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là : hs1% =K1%.htb = 2,1.1,04 = 2,18 (m) Tra các hệ số K1 ,K2 : chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá lát bình thường D =0,02 vậy tra bảng P2-3 giá trị K1 = 0,95 ; K2 =0,85 Tra hệ số K3: giả thiết hệ số mái m = 345 ; V =32m/s tra bảng P2-4 ta được K3 =1,5 Tra K4 : ta có tra trên đồ thị hình P2-3 suy ra K4=1,15 Tra Ka : a =0 tra bảng P2-6 suy ra Ka = 1 vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là hsl1% = K1.K2.K3.K4.Ka.hs1%=0,95.0,85.1,5.1,15.2,18 = 3,04 m vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT : Z1 = MNDBT + + hsl + a = 140 + 0,017 + 3,04 +0,7 = 143,76m b. Xác định Dh’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’ * xác định Dh’ Dh’ đợc xác định theo công thức sau trong đó V’ : vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P50% suy ra V’ = 12 m/s D’ đà sóng ứng với MNDGC D’ = D + 0,3km = 3000 + 300 = 3300 m H’ chiều sâu nước trước đập ứng với MNDGC H’ = MNDGC – Zđỉnh đập = MNDBT + Hmax – Zđáy đập thay số : H’ = 140 + 3 – 103.5 = 39,5 m a s góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió tính toán cho trường hợp bất lợi nhất , lấy a ‘s = 0cosa ‘ =1 thay các số vào công thức ta tính được Dh’ Xác định hsl’ : theo QPTL C1-78 , chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được tính như sau : hsl1%’ = K1’ .k2’ .K3’.K4’ Ka ‘s.hsl’ hsl’1% : chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% đợc tính với trường hợp gió bình quân lớn nhất V’= 12m/s K1’ ,K2’ : các hệ số tra ở bảng P2-3. K3’: Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-4. K4’ : hệ số tra ở đồ thị hình P2-3. Ka ‘s : hệ số phụ thuộc vào as’ tra ở bảng P2-6. Xác định hsl1%’ theo QPTL C1-78 Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H’ ] 0,5 l’ ) Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên : Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được : + ứng với + ứng với ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất là: Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5 H’ = 42,5 > 0,5. 8,89 = 4,44 (m) :Thoả mãn điều kiện giả thiết Tính h’s1% = K1%. Trong đó: Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng h’s1% = 2,1.0,37 =0,78 (m) - Hệ số K’1, K’2 tra ở bảng P2-3. Lấy = 0,02 K’1 = 0,87 ; K’2 =0,77 - Hệ số K’3 tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m. - Chọn sơ bộ hệ số mái: m = 345 - Tra bảng P2-4 bằng cách nội suy ta được K’3 = 1,18 (Vgió = (20>12m/s > 10m/s) - Hệ số K’4 tra ở đồ thị hình P3-2, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4.h’s1% = 0,87.0,77.1,18.1,15.0,78 = 0,71 (m) Vậy Z2 = MNDGC + ’ + h’sl + a’ = 143 + 0,002 + 0,71 + 0,5 = 144,21 (m) Chọn cao trình đỉnh đập: Zđỉnhđập=(Z1, Z2)max = 144,21 (m). Lấy tròn 145 (m) 2. Bề rộng đỉnh đập: Vì không có đường giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng đỉnh đập là B = 6m. để thi công thuận tiện và phù hợp với chiều cao đập. II. Mái đập và cơ: 1. Mái đập: Chiều cao đập H = Zđ - Zđáy = 145 -103,5 = 41,5(m). Sơ bộ hệ số mái: + Mái thượng lưu: m1 = 0,05H +2,00 = 0,05.41,5 + 2 = 4,075 + Mái hạ lưu : m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05.41,5 + 1,5 = 3,575 Lấy m1 = 4 m2 =3,5 2. Cơ đập: - Đập cao 41 ,5m > 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu. - Khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10-20m - Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và lấy không nhỏ hơn 2m. Lấy Bcơ = 3m III. Thiết bị chống thấm. Theo tài liệu cho, đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bị chống thấm cho thân đập và nền. - Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập và cho nền thích hợp sau: + Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm). + Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng - Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ. Theo đề bài hình C đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 4m do lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 0,5 m chiều dầy thực của tầng thấm là T = 4 - 0,5 = 3,5m < 5m. Ta chọn phương án: Dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng chân răng. 1. Chọn sơ bộ kích thước ban đầu: a) Chiều dày tường nghiêng - Trên đỉnh: .Chọn - Dưới đáy: Trong đó: H- Là cột nước lớn nhất H = Hmax = MNDGC - Zđáy = 143 – 103,5 = 39,5 (m) => - Chọn = 5 m b) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu. Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng cao trình đỉnh đập đất. c) Chiều dày chân răng: Chọn như đối với đáy tường nghiêng. Ngoài ra còn đảm bảo điện kiện nối tiếp đều đặn giữa tường nghiêng với chân răng. Do hệ số mái thượng lưu là: m = cotg = 4 => = 14o2’ chiều dày chân răng phía trên là: Chọn chiều dầy phía dưới đáy cắm xuống với mcre (0,740,75) mcr : hệ số máI của chân răng chọn mcr = 0,75 Từ hình vẽ ta tính được t2 = t1 - 2.0,75.T ( với T = 3,5 ) Suy ra t2 = 20,62 - 2.0,75.3,5 = 15,38 m IV. Thiết bị thoát nước thân đập. Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập. 1. Đoạn lòng sông: - Hạ lưu có nước - Chiều sâu nước hạ lưu: HHL max = MNHLmax - Zđáy = 111,5 - 103,5 = 8 m HHLBT = MNHLBT - Zđáy = 110,5 -103,5 = 7 m Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta chọn thoát nước kiểu lăng trụ. - Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2)m. Chọn 2,0m - Do đó chiều cao lăng trụ hlt = 8 + 2 =10(m) - Bề rộng đỉnh lăng trụ b2m chọn b = 3m - Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5 Hình 1 2. Đoạn sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu không có nước. Ta chọn thoát nước kiểu áp mái. C. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN I. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán: 1. Nhiệm vụ tính toán: - Xác định lưu lượng thấm q - Xác định đường bão hòa trong đập - Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền. 2. Các trường hợp tính toán: Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập. - Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng. - Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng. - Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột - Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường. - Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng. Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất. Thượng lưu là MNDBT: H1 = MNDBT - Zđáy = 140 – 103,5 = 36,5(m) Hạ lưu là mực nước min: H2 = MNHLBT - Zđáy = 110,5 - 103,5 = 7 (m) Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng. II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông Sơ đồ như hình vẽ : a. Xác định lưu lượng thấm: Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước ao ở cuối dòng thấm, lưu lượng thấm q và độ sâu h3 sau tường nghiêng xác định từ hệ sau: Trong đó: Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5 m/s Hệ số thấm của thiết bị chống thấm K0 = 4.10-9 m/s Hệ số thấm của nền Kn = 10-6m/s : Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 18 m h1 = 36,5 m h2 = 7 m m: Hệ số mái thượng lưu = 4 m2: Hệ số mái hạ lưu = 3,5 m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5 Z0 = .cos = 3.cos14o2’ = 2,91 (m) L = 41,5.4 + 6 + 2.10.3,5 + (125-113,5).3,5 + 2.3 – (10-7).1,5 = 283,75 (m) sin= sin 14o2’ = 0,2425 Thay và giải hệ phương trình: Dùng phương pháp thử dần: h3 = 13,75 (m) q = 3,14.10-6(m/s) b) Phương trình đường bão hòa: = = c) Kiểm tra độ bền thấm: - Với thân đập cần bảo đảm điều kiện: Trong đó: [Jkđ] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep. Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha ta được [Jkđ] = 0,65 Vậy Jkđ < [Jkđ] . Do đó đảm bảo ổn định thấm của đập. - Với nền đập cần đảm bảo điều kiện: Jkn [Jkn] Trong đó: [Jkn] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep. Tra bảng P3-2 tra theo loại đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [Jkn] = 0,25. Vậy Jkn [Jkn]. Nên nền đảo bảo ổn định thấm. III. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi : Sơ đồ của mặt cắt sườn đồi là đập trên nèn không thấm, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái. - Các thông số: Theo địa hình ta chọn được cao trình đáy để tính thấm cho mặt cắt sườn đồi là 122(m). dã bóc bỏ đi 0,5 m . Ta có sơ đồ thấm như sau : - Do đó h1 =140 -122 = 18(m) - Hệ số mái m1 = 4 (thượng lưu) m2 = 3,5 (hạ lưu) + Z0 = .cos = 3.cos14o2’ = 2,91 (m) + L = (145 - 122 ).(4 + 3,5) + 6 + 2.3 = 184,5 m + Hệ số thấm của đập: Kđ = 10-5m/s + Hệ số thấm của thiết bị chống thấm Ko = 4.10-9m/s + : Bề dày trung bình của tường nghiêng = 3 m a) Lưu lượng thấm: Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, ao được xác định từ hệ sau: Thay số ta được bằng phương pháp thử dần ta được các giá trị sau: a0 = 0,318(m) h3 = 5,1 m q = 7,95.10-7m/s b) Đường bão hòa: Trong hệ trục như trên hình vẽ, phương trình đường bão hoà có dạng: c) Kiểm tra độ bền thấm: Cần đảm bảo điều kiện: Jkđ [Jkđ] Trong đó: Vậy Jkđ < [Jkđ] . [Jkđ] tra ở trên Vậy độ bền thấm được đảm bảo. D. Tính toán mái đập I. Trường hợp tính toán Theo quy phạm, khi thiết kế đập đát, cần kiểm tra ổn định các trường hợp sau: 1. Cho mái hạ lưu. - Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản) - Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt) 2. Cho mái thượng lưu Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (cơ bản) - Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập) tổ hợp cơ bản. - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp đặc biệt). II. Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt. 1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm. Sử dụng 2 phương pháp: a) Phương pháp Filennít. Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình vẽ Tra bảng (4-1) với m = 3,5 ta có Ta có sơ đồ tính như hình vẽ : b)Phương pháp Fanđeeps Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ. Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập Hđ, tra ở bảng 6-6 giáo trình thủy công. Với m = 3,5 R/H = 3,025. R = (R/H).H = 3,025.41,5= 125,5375(m) r/H = 1,25 r = (r/H).H = 1,25.41,5 = 51,875 m Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả thiết các tâm O1, O2, O3. Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định. K1, K2, K3 cho các cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác định được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng MB. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đường thẳng N-N vuông góc với đường MM1. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác vách các cung cũng đi qua điểm Q1 ở chân đập. Tính K với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K, theo tâm O ta xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập.Với các điểm Q2, Q3... ở trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với các điểm ra của cung Qi ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu Kmin ứng với một điểm ra Q1 ở chân đập. 2. Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ Theo công thức của Ghecxevanốp: Với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm. Sơ đồ hình: Chia khối trượt thành các dải có số dảI là n chiều rộng mỗi dảI là b trong đó b được xác định như sau : b = R/m trong đố m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 420} chọn m = 10 Ta có công thức tính toán sau: K = Trong đó: Là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n. ln: Là bề rộng đáy dải thứ n Wn: áp lực thấm ở đáy dải thứ n hn: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy dải. Wn = Nn, Tn: Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải n là Gn Nn = Gncos , Tn = Gn.sin Gn = b. Trong đó: hi: Là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là (với đất trên sân nền bão hòa: Lấy tn ; còn dưới đất đường bão hòa lấy theo bh) Các thông số tính toán: o = wđập = kđập(1 + w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944(T/m3) 1 = bhđập = kđập +n.n = 1,62 + 0,35.1 = 1,97(T/m3) 2 = bhnền = knền +n.n = 1,59 + 0,39.1 = 1,98(T/m3) 3 = wthiết bị thoát nước =kđá = 2,5(T/m3) 4 = bhthiết bị thoát nước = kđá +n.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 và đỉnh thiết bị thoát nước đến đường bão hòa h4: Chiều cao từ đường bão hòa đến đáy đập (thiết bị thoát nước) - ứng với tâm O1 và điểm chân ra Q ta có bán kính R1, bế rộng dải là b1 = R1/ m - ứng với tâm O 2 ta có cung trượt bán kính R2 và bề rộng dải b 2 =R2/m Tương rự cho các cung trượt O3 ; O4 ; O5 . Kết quả tính toán ở các Bảng 1,2,3,4,5: Ta được Kmin min = 1,489 Bảng 1 Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 01 R = 138.31 m = 10.00 b = 13.83 Dải ho h1 h2 h3 h4 hn Gn sinn cosn Tn Nn Wn Cn Cn.Ln n tgn (Nn-Wn)tgn (n) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (T) (T) (T) (T) -2 0.00 0.00 2.02 0.00 5.67 7.69 278.82 -0.20 0.98 -55.76 273.19 108.55 0.70 9.88 22.00 0.40 66.48 -1 3.20 8.03 4.11 0.00 0.00 12.14 417.39 -0.10 0.99 -41.74 415.30 168.75 0.70 9.73 22.00 0.40 99.55 0 6.80 8.38 4.80 0.00 0.00 13.18 542.62 0.00 1.00 0.00 542.62 182.29 0.70 9.68 22.00 0.40 145.50 1 10.41 8.72 4.11 0.00 0.00 12.83 630.05 0.10 0.99 63.00 626.89 178.35 0.70 9.73 22.00 0.40 181.12 2 13.15 9.07 2.02 0.00 0.00 11.09 656.02 0.20 0.98 131.20 642.77 156.55 0.70 9.88 22.00 0.40 196.33 3 16.75 3.04 0.00 0.00 0.00 3.04 533.20 0.30 0.95 159.96 508.64 44.08 2.40 34.80 20.00 0.36 168.99 4 20.36 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 547.43 0.40 0.92 218.97 501.73 0.00 2.40 36.22 20.00 0.36 182.51 5 19.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 524.84 0.50 0.87 262.42 454.53 0.00 3.00 47.91 23.00 0.42 192.83 6 14.37 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 386.37 0.60 0.80 231.82 309.10 0.00 3.00 51.87 23.00 0.42 131.13 7 6.48 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 174.23 0.70 0.71 121.96 124.43 0.00 3.00 58.10 23.00 0.42 52.79 Tổng 969.88 219.70 1364.45 Kmin 1.633 Bảng 2 Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 02 R = 140.24 m = 10 b = 14.024 Dải ho h1 h2 h3 h4 hn Gn sinan cosan Tn Nn Wn Cn Cn.Ln n tgn (Nn-Wn)tgn (n) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (T) (T) (T) (T) -2 0 0.00 1.33 0.00 3.93 11.78 194.01 -0.20 0.98 -38.80 190.09 168.61 0.70 10.02 22.00 0.40 8.67 -1 2.55 0.00 3.47 0.00 8.00 14.48 485.62 -0.10 0.99 -48.56 483.19 204.09 0.70 9.87 22.00 0.40 112.70 0 6.23 8.33 4.17 0.00 0.00 12.50 515.77 0.00 1.00 0.00 515.77 175.30 0.70 9.82 22.00 0.40 137.48 1 9.89 8.67 3.47 0.00 0.00 12.14 605.51 0.10 0.99 60.55 602.47 171.11 0.70 9.87 22.00 0.40 174.19 2 12.69 9.02 1.33 0.00 0.00 10.35 632.09 0.20 0.98 126.42 619.32 148.14 0.70 10.02 22.00 0.40 190.26 3 16.34 7.08 0.00 0.00 0.00 7.08 641.07 0.30 0.95 192.32 611.54 104.08 2.40 35.28 20.00 0.36 184.60 4 20 2.21 0.00 0.00 0.00 2.21 606.31 0.40 0.92 242.52 555.69 33.82 2.40 36.72 20.00 0.36 189.84 5 18.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 497.54 0.50 0.87 248.77 430.89 0.00 3.00 48.58 23.00 0.42 182.80 6 13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 354.41 0.60 0.80 212.65 283.53 0.00 3.00 52.59 23.00 0.42 120.28 7 4.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 135.50 0.70 0.71 94.85 96.76 0.00 3.00 58.91 23.00 0.42 41.05 Tổng 1090.72 281.68 1341.87 Kmin 1.489 Bảng 3 Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 03 R = 143.51 m = 10 b = 14.351 Dải ho h1 h2 h3 h4 hn Gn sinan cosan Tn Nn Wn Cn Cn.Ln n tgn (Nn-Wn)tgn (n) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (T) (T) (T) (T) -2 0.00 0.00 1.94 0.00 5.51 12.03 280.49 -0.20 0.98 -56.10 274.82 176.20 0.70 10.25 22.00 0.40 39.82 -1 3.27 0.00 4.12 0.00 8.04 13.65 537.14 -0.10 0.99 -53.71 534.44 196.81 0.70 10.10 22.00 0.40 136.34 0 7.02 8.40 4.84 0.00 0.00 13.24 570.86 0.00 1.00 0.00 570.86 190.01 0.70 10.05 22.00 0.40 153.79 1 10.76 8.76 4.12 0.00 0.00 12.88 664.91 0.10 0.99 66.49 661.58 185.77 0.70 10.10 22.00 0.40 192.13 2 13.65 9.11 1.94 0.00 0.00 11.05 693.49 0.20 0.98 138.70 679.48 161.85 0.70 10.25 22.00 0.40 209.02 3 17.39 7.70 0.00 0.00 0.00 7.70 702.84 0.30 0.95 210.85 670.47 115.84 2.40 36.11 20.00 0.36 201.76 4 21.13 2.69 0.00 0.00 0.00 2.69 665.54 0.40 0.92 266.22 609.98 42.12 2.40 37.58 20.00 0.36 206.57 5 19.82 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 552.95 0.50 0.87 276.47 478.86 0.00 3.00 49.71 23.00 0.42 203.15 6 14.44 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 402.85 0.60 0.80 241.71 322.28 0.00 3.00 53.82 23.00 0.42 136.72 7 5.32 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 148.42 0.70 0.71 103.89 105.99 0.00 3.00 60.29 23.00 0.42 44.97 Tổng 1194.53 288.25 1524.26 Kmin 1.517 Bảng 4 Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 04 R = 142.25 m = 10 b = 14.225 Dải ho h1 h2 h3 h4 hn Gn sinan cosan Tn Nn Wn Cn Cn.Ln n tgn (Nn-Wn)tgn (n) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (T) (T) (T) (T) -2 0.00 0.00 0.71 0.00 2.18 11.52 108.38 -0.20 0.98 -21.68 106.19 167.25 0.70 10.16 22.00 0.40 -24.66 -1 0.00 0.00 2.87 2.00 8.00 12.68 476.29 -0.10 0.99 -47.63 473.90 181.28 0.70 10.01 22.00 0.40 118.16 0 5.65 8.27 3.58 0.00 0.00 11.85 488.83 0.00 1.00 0.00 488.83 168.57 0.70 9.96 22.00 0.40 129.32 1 9.36 8.62 2.87 0.00 0.00 11.49 581.23 0.10 0.99 58.12 578.32 164.27 0.70 10.01 22.00 0.40 167.19 2 12.52 8.98 0.71 0.00 0.00 9.69 617.87 0.20 0.98 123.57 605.38 140.68 0.70 10.16 22.00 0.40 187.65 3 15.92 6.36 0.00 0.00 0.00 6.36 618.47 0.30 0.95 185.54 589.98 94.84 2.40 35.79 20.00 0.36 180.12 4 19.62 1.40 0.00 0.00 0.00 1.40 581.79 0.40 0.92 232.72 533.22 21.73 2.40 37.25 20.00 0.36 186.07 5 17.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 471.49 0.50 0.87 235.75 408.32 0.00 3.00 49.28 23.00 0.42 173.22 6 11.73 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 324.37 0.60 0.80 194.62 259.50 0.00 3.00 53.34 23.00 0.42 110.09 7 3.59 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.28 0.70 0.71 69.49 70.90 0.00 3.00 59.76 23.00 0.42 30.08 Tổng 982.70 215.79 1251.82 Kmin 1.493 Bảng 5 Bảng tính hệ số ổn định cung trượt của đập đất cung 05 R = 137.05 m = 10 b = 13.705 Dải ho h1 h2 h3 h4 hn Gn sinan cosan Tn Nn Wn Cn Cn.Ln n tgn (Nn-Wn)tgn (n) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (T) (T) (T) (T) -2 0.00 0.00 0.77 0.00 2.37 10.96 113.47 -0.20 0.98 -22.69 111.17 153.30 0.70 9.79 22.00 0.40 -17.01 -1 0.00 0.00 2.85 2.00 8.00 10.96 458.34 -0.10 0.99 -45.83 456.04 150.96 0.70 9.64 22.00 0.40 123.19 0 5.45 8.25 3.54 0.00 0.00 11.79 464.00 0.00 1.00 0.00 464.00 161.58 0.70 9.59 22.00 0.40 122.12 1 9.03 8.59 2.85 0.00 0.00 11.44 549.84 0.10 0.99 54.98 547.08 157.58 0.70 9.64 22.00 0.40 157.28 2 12.57 8.93 0.77 0.00 0.00 9.70 596.89 0.20 0.98 119.38 584.83 135.68 0.70 9.79 22.00 0.40 181.37 3 15.31 6.51 0.00 0.00 0.00 6.51 583.66 0.30 0.95 175.10 556.78 93.53 2.40 34.48 20.00 0.36 168.52 4 18.89 1.72 0.00 0.00 0.00 1.72 549.72 0.40 0.92 219.89 503.82 25.72 2.40 35.89 20.00 0.36 173.92 5 16.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 446.26 0.50 0.87 223.13 386.47 0.00 3.00 47.48 23.00 0.42 163.96 6 11.63 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 309.85 0.60 0.80 185.91 247.88 0.00 3.00 51.39 23.00 0.42 105.16 7 3.79 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.98 0.70 0.71 70.68 72.11 0.00 3.00 57.57 23.00 0.42 30.59 Tổng 932.56 207.91 1195.51 Kmin 1.505 3) Đánh giá tính hợp lý của mái: Mái đập đảm bảo an toàn về trượt phải thoả mãn điều kiện đối với công trình cấp II và tổ hợp tải trọng chủ yếu: Kmin > [K] = 1,3 Vậy số liệu đã chọn đập là hợp lý. E. Cấu tạo chi tiết I. Đỉnh đập. Vì trên đỉnh đập không làm đường giao thông nên chỉ cần phủ một lớp dăm sỏi dày 20(cm) để bảo vệ mặt đỉnh đập làm về hai phía với độ dốc i = 3% để thoát nước mưa. II. BẢO VỆ MÁI ĐẬP. 1. Mái thượng lưu. Hình thức bảo vệ mãi thượng lưu chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố của sóng và khả năng cung cấp vật liệu. Khi tính toán lớp bảo vệ mái cần dựa vào chiều cao sóng lớn nhất ứng với vận tốc gió lớn nhất (hs = 3,04 m). Ta có hs > 1,25m. Do vậy ta chọn hình thức bảo vệ mái thượng lưu bằng các tấm đá xây, bề rộng mỗi tấm là B =1,5m. Bề dày tấm xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi và lật theo công thức: Trong đó: n , đ : Dung trọng của nước và hòn đá. (1T/m3 và 2,5T/m3) hs : Chiều cao sóng B: Bề rộng tấm đá vây. hb: Chiều dày tấm đá vây. : Góc nghiêng giữa mái đập và mặt nằm ngang (=1402’) k: Hệ số lấy k = 0,23 Ls: Chiều dài sóng Ls = ltb = 20,11(m) = 0,48 (m) 2. Mái hạ lưu: Mái hạ lưu cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra. Ta dùng hình thức trồng cỏ. Trên mái hạ lưu ta đào các rãnh nhỏ nghiêng với trục đập 450. Trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa vào mương ngang được bố trí ở cơ đập, mương ngang có độ dốc về 2 bên bờ để nối với mương dọc dẫn nước về hạ lưu. III. NỐI TIẾP ĐẬP VỚI NỀN VÀ BỜ 1. Nối tiếp đập với nền. Ta bóc một lớp dày 0,3-1(m). Trên mặt nền vì lớp phong hóa này thấm nước mạnh. Khi đất đắp đập và đất nền khác nhau cần làm các chân răng ổn định công trình, đồng thời dùng chân răng bằng đất sét cắm sâu vào đá gốc để chống thấm. 2. Nối tiếp đập với bờ. - Tại chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải nằm cắm sâu vào đá ít phong hóa, khi tầng không thấm nằm sâu trong bờ phải cắm thiết bị chống thấm vào một khoảng nhất định. - Mặt nối tiếp thân đập với bờ, không đánh cấp, không làm quá dốc, không cho phép làm dốc ngược. F. KẾT LUẬN Tổng kết lại quá trình làm đồ án em đã tính toán thiết kế được một số công việc sau: - Thiết kế được các kích thước cơ bản của đập đất. - Tính thấm ở hai mặt cắt đại diện : + Mặt cắt lòng sông . + Mặt cắt sườn đối. - Tính ổn định cho mái đập trong trường hợp : xét ổn định mái hạ lưu ứng với mức nước thượng lưu là MNDBT và mục nước hạ lưu là mực nước max . - Tính toán được các cấu tạo chi tiết đập đất . Trên đây chỉ là một số công tác chủ yếu trong thiết kế đập đất .Ngoài ra còn rất nhiều phần tính toán nữa mà trong phạm vi đồ án này không thể nào giải quyết được như : + Tính thấm cho nhiều cho nhiều mắt cắt nữa . + Tính ổn định trượt mái đập trong một số trường họp nữa ... - Trong qúa trình tính toán mặc dù em đã cố gắng nhưng không thể tránh khỏi sai sót . Em kính mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô để em rút kinh nghiệm . Em xin chân thành cảm ơn Hà nội ngày 06 tháng 04 năm 2009. Sinh viên thực hiên Nguyễn Quốc Hương