Tải bản đầy đủ
Bảng……….. tổng hợp kết quả tính điều tiết lũ

Bảng……….. tổng hợp kết quả tính điều tiết lũ

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

CHƯƠNG 7 : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
7.1. Xác định cao trính đỉnh đập.
Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất được xác định trên cơ sở tính toán độ
vượt cao của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa ( MNDBT, MNLTK,
MNLKT) đảm bảo cho nước không tràn qua đỉnh đập.
Z1 = MNDBT+ ∆h + hsl1% + a
Z2 = MNLTK+ ∆h’ + h’sl1% + a’
Z3 = MNLKT+ a’’
 Zđđ= max(Z1, Z2, , Z3).
Trong đó:
+ Δh và Δh’ là độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân
lớn nhất.
+ hsl, hsl’ là chiều sóng leo ứng với gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất ( mức
đảm bảo 1% ).
+ a, a’, a’’ là độ vượt cao an toàn.
7.1.1.Xác định Δh và Δh’.
Theo TCVN 8241-2010, độ dềnh do gió khi không có tài liệu quan trắc được
xác định thao công thức.

∆h = 2.10−6.

V 2 .D
.cos α
g .H

V '2 .D '
∆h ' = 2.10 .
.cos α
g .H '
−6

Trong đó:
+ V, V’: vận tốc gió tính toán lớn nhất và vận tốc gió bình quân tính toán lớn
nhất ứng với tần suất thiết kế là P = 4%, P = 50%.
+ D, D’: Đà gió ứng với MNDBT và MNLTK.\
+ H, H’: Cột nước trước đập ứng với MNDBT và MNTK.
H = MNDBT – Zđáy, H’ = MNLTK – Zđáy.\
+ g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
+ α: góc kẹp giữa trục hồ và hướng gió, thiên về an toàn chọn α = 00.
7.1.2. Xác định hsl và hsl’.

Trang 72

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Theo TCVN 8241-2010, chiều cao sóng lao có mức đảm bảo 1% được xác
định:
hsl1% = K1.K 2 .K 3 .K 4 .Kα .h s1%
h 'sl 1% = K '1 .K '2 .K'3 .K '4 .K 'α .h's1%

Trong đó:
+ hs1%, h’s1%: Chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%.
+ K1, K2, K3, K4, Kα và K’1, K’2, K’3, K’4, K’α: các hệ số
a. Xác định hs1% và h’s1%.
hs1% và h’s1% được xác định theo QPTL C1-78
+ Giả thiết trường hợp đang xét là nước sóng sâu H > 0,5. λ .
+ Tính các đại lượng không thứ nguyên

g .t g .t
g .D g .D'
(
) và 2 (
), trong đó t
V V'
V
V '2

là thời gian gió thổi liên tục (s ). Khi không có tài liệu, lấy t = 6 giờ.
+ Theo đường cong bao phía trên ở đồ thị hình P2-1 xác định các đại lượng
không thứ nguyên

g .h g .h '
g .τ g .τ '
(
) và
(
), chọn trị số nhỏ nhất trong 2 trị số tra
2
2
V
V'
V
V'

được. Từ đó xác định được h và τ
2

2

g .τ
g .τ '
 trị số bước sóng trung bình được xác định: λ =
(λ ' =
)
2.π
2.π

+ Kiểm tra lại điều kiện nước sống sâu.
+ Tính hs1% = K1%. h và h’s1% = K1%. h '
Trong đó K1% tra ở đò thị hình P2-2 với đại lượng

g.D
g .D'

2
V
V '2

b. Xác định các hệ số.
+ Hệ số K1, K2 và K’1, K’2 tra ở bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng gia cố mái
và độ nhám tương đối trên mái.
+ Hệ số K3 và K’3 tra ở bảng P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
+ Hệ số K4, K’4 tra ở đồ thị hình P2-3, phụ thuộc hệ số mái m và trị số
+ Hệ số Kα, K’α tra bảng P2-6, phụ thuộc vào góc α.

Trang 73

λ
λ'
,
hs1% h 's1%

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Bảng 7.1 : Tính toán cao trình đỉnh đập
Trường hợp tính
Thông số tính
Mực nước tính toán (m)
Cao trình đáy (m)
Cột nước trước đập (m)
Vận tốc gió (m/s)
Đà sóng D (m)
α (độ)
Độ vượt cao an toàn (m)
Độ dềnh do gió ∆ h (m)
gt/V
gD/V2

MNDBT

MNL
MNLTK
MNLKT
526,871
527,122
499
499
27,871
28,122
16
820
00
0,5
0,2
0,0015
13243,5
31,423
1,13
0,012
0,3131
1,843
5,306
2,015
0,886

K1%
hs1%

525,35
499
26,35
29,5
575
00
0,7
0,004
7182,915
6,482
0,675
0,0045
0,399
2,03
6,44
2,09
0,834

λ / hs1%

7,72

5,98

K1

1

1

K2
K3
K4

hsl1%

0,9

0,9

1,5
1,22
1
1,373

1,5
1,37
1
1,21

∇ dd (m)

527,427

528,582

gτ / V
gh /V

2

h

τ
λ

Vậy chọn cao trình đỉnh đập theo trị số max(Z1, Z2, Z3)
Zđỉnh đập = 528,6 (m)  Hđ = 29,6 (m)
7.2. Cấu tạo các chi tiết đập.
7.2.1. Bề rộng đỉnh đập.

Trang 74

527,322

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

+ Theo điều 8.2.2.2 QCVN 04-05:2012 trang 29 đối với công trình cấp II, chiều
rộng đỉnh đập không nhỏ hơn 5m, khi không có yêu cầu về giao thông.
 Chọn chiều rộng đỉnh đập: Bđ = 6 (m).
+ Để bảo vệ đỉnh đập tránh khỏi sự đọng nước gây lầy trên đỉnh đập, đảm bảo
giao thông đi lại được thuận tiện và mỹ quan, gia cố mặt đập bằng BT M150 đổ tại chỗ
dày 20cm.
+ Mặt đập cần phải dốc nghiêng về hai phía với độ dốc i = 3% ( theo điều
6.2.3/TCVN 8216:2009 ).
7.2.2. Mái đập và cơ đập.
a. Mái đập.
Hệ số mái được xác định theo công thức kinh nghiệm.
+ Mái thượng lưu: m1 = 0,05.H + 2,0 = 0,05.29,6 + 2 = 3,48  Chọn m1 = 3,5
+ Mái hạ lưu: m2 = 0,05.H + 1,5 = 0,05.29,6 + 1,5 = 2,98  Chọn m2 = 3.
b. Cơ đập.
Do đập cao hơn 15m nên bố trí cơ ở hạ lưu, để tăng ổn định mái, đảm bảo yêu
cầu kiểm tra sửa chữa.
+ Cao đập được bố trí tại cao trình Zcơ = 514 m.
+ Hệ số mái : - Trên cơ m2 = 3.
- Dưới cơ m2’ = 3,25.
+ Chiều rộng cơ Bcơ = 3 m.
7.2.3. Bảo vệ mái đập
a. Bảo vệ mái thượng lưu
Có nhiều hình thức gia cố bảo vệ mái thượng lưu, tuy nhiên căn cứ vào điều
kiện song tác dụng: hs1% = 0.834 m < 1.25m. Cùng điều kiện vật liệu và khả năng thi
công ta chọn hình thức bảo vệ mái thượng lưu là đá lát khan.
Chiều dày đá lát khan đựơc xác định theo công thức:
γn
1+ m2
.
.hs
t = 1,7.
γ d − γ n m.(m + 2)

Trong đó:

Trang 75

-

γđ: dung trọng khô của hòn đá, γđ = 2,65 (T/m3)

-

γn: dung trọng của nước, γn = 1,0 (T/m3)

(5-8)

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

-

m: hệ số mái thượng lưu; m = 3,5.

-

hs: chiều cao sóng; hs = 0,834 (m)

Thay vào (5-8) ta được: t = 0,162 m. Để đảm bảo an toàn và thuận tiện cho thi
công ta chọn chiều dày của tấm lát đá là t = 0.3m.
Dưới lớp đá lát khan ta bố trí tầng đệm theo hình thức lọc ngược.
Phạm vi bảo vệ mái từ cao trình đỉnh đập xuống dưới MNC một đoạn nhỏ đất 2,5 m 
Zbảo vệ = 510,803 - 2,5 = 508,303 (m).
b. Bảo vệ mái hạ lưu.
Bảo vệ mái thượng lưu bằng hình thức trồng cỏ trên lớp đất màu dày 10cm, các
ô cỏ dạng vuông có kích thước (4x4)m. Giữa các ô cỏ có hệ thống thoát nước, rảnh
thoát nước đặt xiên với mặt đập một góc 450, các rảnh có chiều rộng 20 (cm), trong các
rảnh có phủ lớp cấp phối cuội sỏi để giảm hiện rảnh bị xói do nước chảy.

0
40
0
40

0
40

20
20

7.2.4 Thiết bị thoát nước.
- Đối với mặt cắt đập ở lòng sông, thường hạ lưu có nước nên chọn hình thức thoát nước
thảm lọc và đống đá tiêu thoát nước. Ưu điểm của nó là có cấu tạo đơn giản, có tác dụng
chống đỡ thân đập, tăng ổn định cho mái hạ lưu đập, bảo vệ mái dốc khi hạ lưu có nước,
sóng gió, hạ thấp đường bão hòa, thoát nước cho cả thân đập và nền đập.
Theo điều 6.5.4 tr.31 TCVN 8216:2009 .Cao trình đỉnh lăng trụ cần cao hơn mực nước
cao nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, có xét đến chiều cao sóng leo, với độ an toàn,
không nhỏ hơn 1,0m đối với đập cấp II trở xuống. Chiều rộng đỉnh lăng trụ xác đinh

Trang 76

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý (quan trắc, kiểm tra) và không được nhỏ dưới
1,0 m. Zhl max = 501,3m.
ZLT = 501,3 + 2,0 = 503,3 (m)
Bề rộng đỉnh lăng trụ: Blt = 2m.
Hệ số mái trong mt = 1,5 ; hệ số mái ngoài mn = 2,0.
- Đối với các mặt cắt đập ở đoạn sườn đồi, tại vị trí này mái hạ lưu chỉ chịu tác dụng của
dòng thấm đi ra nên để đảm bảo cho mái không bị hư hỏng do tác dụng của dòng thấm,
có thể sử dụng thiết bị thoát nước kiểu áp mái bằng đá lát khan, bên trong ( mặt tiếp giáp
với đập ) bố trí tầng lọc ngược.

7.2.5. Nền đập.
Do để đảm bảo nối tiếp tốt giữa nền và đập thì cần bóc hết các lớp phủ thực vật
trong phạm vi nền, vì đập được đặt trực tiếp trên đá gốc cát bột kết phong hóa hoàn
toàn và phong hóa vừa, có hệ số thấm K nhỏ nên không cần bố trí thiết bị chống thấm
cho nền.
7.3. Tính toán thấm qua đập đất.
7.3.1 .Ý nghĩa, mục đích, phương pháp, các giả thiết, nguyên tắc tính toán và
các trường hợp tính thấm.
a. Ý nghĩa.
Đập đất và nền công trình khi làm việc dưới tác dụng của áp lực cột nước sẽ xuất hiện
dòng thấm.Sự xuất hiện của dòng thấm qua đập đất và nền sẽ gây nên những tác hại rất

Trang 77

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

lớn về mặt tổn thất nước cũng như các hiện tượng xói ngầm gây ảnh hưởng đến tính
bền vững của công trình.
Do đó trong thiết kế và xây dựng đập đất vấn đề nghiên cứu, đánh giá dòng thấm là một
khâu quan trọng và không thể thiếu được.
b. Mục đích.
- Xác định lưu lượng nước thấm qua thân đập, nền và bờ để đánh giá tổn thất
nước trong tính toán kinh tế và cân bằng hồ chứa, đồng thời trên cơ sở tính toán đó mà
quyết định những hình thức chống thấm cho thân đập và nền.
- Xác định vị trí của đường bão hoà để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh
giá sự ổn định của mái. Việc xác định vị trí của đường bão hoà còn có mục đích lựa
chọn hình thức thoát nước thích hợp cùng kích thước của nó nhằm nâng cao ổn định
mái dốc hạ lưu.
- Tính toán gradient thấm để đánh giá mức độ xói ngầm chung và xói ngầm cục
bộ nhằm mục đích xác định kích thước hợp lý của thân đập, của những kết cấu chống
thấm, thoát nước và thành phần của tầng lọc ngược.
c. Phương pháp tính thấm:
Có rất nhiều phương pháp tính thấm qua đập đất như: Phương pháp phân tích lý luận, đồ
giải và thí nghiệm.
- Phương pháp phân tích lý luận bao gồm phương pháp cơ học chất lỏng, phương pháp
phần tử hữu hạn và phương pháp thủy lực:
+ Phương pháp cơ học chất lỏng: Dùng cho bài toán thấm có biên đơn giản.
+ Phương pháp phần tử hữu hạn: Thông qua các phần mềm và dùng cho bài toán thấm
có biên phức tạp.
+ Phương pháp thủy lực: Dùng cho bài toán thấm có biên không quá phức tạp và cho kết
quả tương đối chính xác.
Trong đồ án này sử dụng phương pháp thủy lực học để tính thấm. Phương pháp
này dựa trên một số giả thiết nhằm đơn giản hóa các biên của miền thấm và ngày nay
vẫn được ứng dụng nhiều trong tính toán thấm qua đập. Trong tính thấm, giới hạn ở các
bài toán phẳng, thấm ổn định và không xét đến ảnh hưởng của hiện tượng mao dẫn.
d. Các giả thiết cho bài toán thấm.
- Đất nền là môi trường đồng nhất và đồng hướng.

Trang 78

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

- Nước chứa đầy trong miền thấm và không ép co được.
- Dòng thấm là dòng ổn định.
- Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy: V = k.J
- Bài toán thấm phẳng.
- Trong miền thấm không có điểm thoát nước và điểm tiếp nước.
e. Nguyên tắc tính toán.
Nguyên tắc tính thấm cho đập trên nền có thấm: Khi tính thấm cho đập coi nền
không thấm và khi tính thấm cho nền thì coi đập không thấm: q = qđ + qn
f. Các trường hợp tính toán.
Trong thiết kế đập đất cần tính thấm với các trường hợp làm việc bất lợi khác
nhau của đập :
+ Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước, thiết bị thoát nước và chống
thấm làm việc bình thường. ( Tính cho mặt cắt lòng sông và sườn đồi )
+ Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHL tương ứng, thiết bị thoát nước và
chống thấm làm việc bình thường. ( Tính cho mặt cắt lòng sông )
+ Thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là MNHL tương ứng, thiết bị thoát nước và
chống thấm làm việc bình thường. ( Tính cho mặt cắt lòng sông )
+ Thượng lưu nước rút đột ngột.
+ Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
+ Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng
Trong phạm vi đồ án ta tính toán thấm qua đập đất ứng với các TH sau :
+ TH1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước, thiết bị thoát nước và
chống thấm làm việc bình thường. ( Tính cho mặt cắt lòng sông và sườn đồi ).
+ TH2: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHL tương ứng, thiết bị thoát nước
và chống thấm làm việc bình thường. ( Tính cho mặt cắt lòng sông ).
+ TH3: Thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là MNHL tương ứng, thiết bị thoát nước
và chống thấm làm việc bình thường. ( Tính cho mặt cắt lòng sông )
g. Các mặt cắt tính toán.
Do địa hình dọc theo tim đập theo các vị trí khác nhau nên mặt cắt thay đổi theo
các kích thước khác nhau. Sơ đồ tính toán thấm là sơ đồ bài toán phẳng nên mức độ
chính các của kết quả phụ thuộc vào số lượng mặt cắt tính toán thấm.

Trang 79

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Trong phần thiết kế này xét tính toán thấm tại 3 mặt cắt đại biểu đó là:
+ Mặt cắt lòng sông: 1 mặt cắt.
+ Mặt cắt sườn đồi : 2 mặt cắt
7.3.2 Nội dung tính toán.
a.Tai liệu tính toán
- Cao trình MNDBT: Z MNDBT = + 525,35m.
- Cao trình MNLTK: Z MNLTK = + 526,871 m.
- Cao trình MNLKT: ZMNLKT = + 527,122m.
- Cao trình MNHL = + 501 m.
- Bề rộng đỉnh đập: Bđ = 6 m.
- Cao trình cơ hạ lưu: Z cơ = + 514 m
- Bề rộng cơ đập: Bc = 3 m
- Hệ số mái thượng lưu: Trên cơ: m1 =3,5
- Hệ số mái hạ lưu: Trên cơ: m2 = 3 ; Dưới cơ: m2’ = 3,25
=> Hệ số mái trung bình hạ lưu mh = 3,125
- Hệ số mái lăng trụ: Mái trong m = 1,5; Mái ngoài m’=2,0
- Bề rộng đỉnh lăng trụ: Blt = 2 m.
- Cao trình đỉnh lăng trụ: Z Lăng trụ = + 503,3 m.
- Hệ số thấm của đất đắp đập: Kđ = 2,3.10-6 (m/s)
- Hệ số thấm của đất nền: Do dưới nền có nhiều lớp đất có hệ số thấm khác nhau
nhưng thay đổi không nhiều nên quy đổi chung về một hệ số thấm để tính cho tất cả các
trường hợp: Kn = 1.10-6 (m/s).
b. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông:
- Trường hợp 1 : Tính thấm cho mặt cắt lòng sông ứng với thượng lưu là
MNDBT, hạ lưu không có nước, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình
thường.

Trang 80

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Hình 7.1: Sơ đồ tính thấm mặt cắt lòng sông, thượng lưu là MNDBT, hạ lưu
không có nước,thiết bị thoát nước và chống thấm làm việc bình thường.
* Xác định lưu lượng thấm qua nền và đập:
Phương pháp và công thức tính toán
Do đập được đặt trên nền thấm nước nên để tính thấm theo sách thủy công tập 1
tr125, theo đề nghị của NN.pavoloposxki khi tính toán xem như nền không thấm để
xác định lưu lượng thấm qua thân đập q d và tính thấm qua nền với giả thiết thân đập
không thấm xác định được qn. Lưu lượng thấm qua đập và nền q = qd + qn
Chọn hệ trục tọa độ oxy như hình vẽ. Gốc tọa độ O cách F một đoạn l0 =
Tổng lưu lượng thấm qua đập và nền.

Trang 81

a0
2

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Lưu lượng thấm qua đập : Với đập đồng chất có thiết bị thoát nước và hạ lưu
không có nước.
Đoạn 1 : Xét m/c 11-22 áp dụng công thức Duypuy
Đoạn 2 : Xét m/c 22 đến hạ lưu cao trình đáy áp dụng giả thiết cozeni
Từ đó ta có hệ phương trình.
h12 − a02
qd = k d .
2.(∆L + L)

(*)

a0 = h + (∆L + L) − (∆L + L)
2
1

q n = K n .J.w = K n .

2

h1.T
h1.T
= Kn .
(**)
L n + 0,88.T
( m t .h1 + L + 0,88.T )

Trong đó :
+ qđ - Lưu lượng thấm qua đập (m3/s.m)
+ qn - Lưu lượng thấm qua nền (m3/s.m)
+ Kđ: Hệ số thấm qua đập, Kđ = 2,3.10-6m/s
+ Kn: Hệ số thấm qua nền, Kn = 1.10-6m/s
+ ∆L: Chiều dài đoạn biến đổi mái nghiêng thành mái đứng.
Theo Mikhailop: ∆ L =

m t .h1 3,5.25,35
=
= 11,09m
2m t + 1 2.3,5 + 1

Trong đó:
+m1: Hệ số mái thượng lưu, mt=3,5
+ h1: Chiều cao cột nước thượng lưu, h1 = ∇MNDBT – ∇đáy = 525,35 – 500 =25,35m
+ a0: Độ cao hút nước (m)
+ L: Khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến vị trí thoát nước ở mái
hạ lưu (Chiều dài tính thấm (m))
L = Bd + ( Z dd − Z MNDBT ).m1 + (Zdd − Z co ).m2 + Bco + ( Z co − Z LT ).m2' − ( Z LT − Z day ).mlt
L = 6 + (528, 6 − 525,35).3,5 + (528, 6 − 514).3 + 3 + (514 − 503,3).3, 25 − (503,3 − 499).1,5
= 92,5m

Thay vào công thức (*) ta có.

Trang 82