Tải bản đầy đủ
I Hình dạng mặt cắt cơ bản đập bê tông trọng lực

I Hình dạng mặt cắt cơ bản đập bê tông trọng lực

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

MNDBT : Cao trình mực nớc dâng bình thờng

Htr : Cột nớc tràn lớn nhất qua tràn
MNDGC = 210 + 5 = 215 m
1. Chiều cao mặt cắt đập :
H1 = MNDGC - d
d : cao trình đáy đập sau khi bóc bỏ lớp bùn đất lòng sông
d = 119 3 = 116 m
H1 = 215 116 = 99 m
2. Chiều rộng đáy đập
Chiều rộng đáy đập đợc xác định theo hai điều kiện
2.1. Điều kiện ổn định :
H1

B = Kc.
f(

1
+ n i )
n

Trong đó :
H1: chiều cao mặt cắt đập cơ bản (H1 = 99 m )
f: Hệ số ma sát gia đá nền với bê tông đáy đập ( do nền đá tốt nên f = 0,75)
Kc: hệ số an toàn ổn định cho phép
Kc =

n c .K n
m

Với nc: hệ số tổ hợp tải trọng : ( nc = 1)
Kn: hệ số tin cậy, theo TCXDVN285:2002 đối với công trình cấp I
thì hệ số tin cậy Kn = 1,25
m : hệ số điều kiện làm việc ,theo TCXDVN285:2002 (m =1)
Kc = 1,25
1 : trọng lợng riêng vật liệu xây dựng đập ,với đập đợc xây dựng là đập bê
tông trọng lực nên 1 = 2,4T/m3
n
: trọng lợng riêng của nớc ( n = 1T/m3)
n : hệ số dốc mái thợng lu (theo điều kiện thiết kế đập thì n=0-:-0,1) trong đồ
án này chọn mái thợng lu thẳng đứng n = 0
1 : hệ số cột nớc còn lại sau màn chống thấm . Do đập cao và là công trình
quan trọng nên phải xử lý chống thấm bằng phơng pháp phụt vữa ximăng tạo
thành màng chống thấm phía thợng lu giữa đập và nền
sơ bộ chọn 1 : 0,5
98

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Thay số vào công thức ta đợc
B=

1,25.

99
2,4
= 86,84 m
0,75(
+ 0 0,5)
1

2.2. Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ứng suất :
Chiều rộng đáy đập đợc xác định theo công thức sau đây
B =

H1

1
.(1 n) + n ( 2 n ) 1
n

Thay số vào công thức trên ta đợc
B=

99
2,4
= 71,82 m
.(1 0) + 0.( 2 0) 0,5
1

Chiều rộng đập đợc chọn phải thoả mãn đồng thời hai điều kiện trên B đ (B1,B2)
Do vậy trong đồ án này chọn chiều rộng đập B = 87 m
II. Mặt cắt thực dụng của đập không tràn
Từ mặt cắt cơ bản của đập tiến hành tính toán kích thớc thực tế của đập
1) Xác định cao trình đỉnh đập :
Cao trình đỉnh đập đợc xác định từ hai điều kiện
1 = MNDBT + h + s + a
2 = MNDGC + h ' + s + a '
'

Trong đó :
h và h ' độ cao dềnh sóng ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân
lớn nhất
s : độ dềnh của sóng khi áp lực ngang là lớn nhất ứng với mực nớc thợng
lu là MNDBT
s ' : độ dềnh của sóng do gió ứng với gió bình quân lớn nhất và mực nớc hồ
là MNDGC
a , a : độ vợt cao an toàn
Theo giáo trình đồ án môn học thuỷ công ứng với cấp thiết kế công trình
là cấp I thì tần suất gió lớn nhất là 2% khi mực nớc hồ là MNDBT
Khi mực nớc hồ là MNDGC thì tần suất gió là 50%
a) Xác định h , s ứng với gió tính toán lớn nhất V =32m/s
V 2 .D
h = 2.10 .
. cos
g .H
-6

99

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trong đó
V: vận tốc gió lớn nhất ứng với tần suất gió thiết kế (V max = 32 m/s)
D: Đà gió ứng với cao trình mực nớc hồ là MNDBT (D = 8 km)
g: Gia tốc trọng trờng ( g =9,81 m/s2)
H: chiều sâu nớc tính ứng với MNDBT ( H = 91 m )
: Góc hợp bởi hớng gió và trục dọc ( chọn = 0o)
Thay số vào ta đợc:

h = 2.10-6.

32 2 .8000
.1 = 0,0184
9,81.91

Khi có gió sẽ tạo ra sóng trong hồ làm nớc trong hồ dâng lên ,đồng thời các
sóng này khi đợc sinh ra sẽ chuyển động sô đẩy lên nhau tạo ra độ dềnh nhất
đinh s
Độ dềnh do sóng đợc xác định bởi công thức sau :
s = Ks ì hs1%

Trong đó:
- hs1%: Chiều cao sóng ứng với tần suất 1%
Giả sử sóng đang tính là sóng nớc sâu: H > 0,5
Tính các đại lợng không thứ nguyên:

gt gD
,
V V2

Với thời gian gió thổi liên tục 6 giờ = 21600 giây(theo ĐAMHTC)
gt 9,81ì 21600
=
= 6621,75
V
32
gD 9,81ì 8000
=
= 76,64
V2
32 2

ứng với mỗi giá trị trên ta tra trên đờng cong bao phía trên đồ thị hình P2-1
(GTĐAMHTC) ta đợc :
Với
Với

gt
= 6621,75 thì
V
g.D
= 76,64 thì
V2

gh
= 0,071 ;
V2
gh
= 0,016 ;
V2

g
= 3,78
V
g
= 1,48
V

Chọn giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị do đó ta chọn
toán
Từ đó ta xác định đợc:

100

gh
g
= 0,016 ;
= 1,48 để tính
2
V
V

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế
0,016 ì 32 2
= 1,67 m
9,81
1,48 ì 32
=
= 4,83 giõy
9,81
h=

2

g
9,81ì 4,83 2
=
=
= 36,442 m
2
2 ì 3,14

Nhận thấy rằng H = 91 m > 0,5 = 18,22 m do vậy giả thiết sóng nớc sâu l đúng.
Vậy ta có công thức tính chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l: hs1% = K1% ì hs
gD
= 76,64 đợc K1% = 2,05. Vậy
V2
= 2,05 ì 1,67 = 3,424 m

Với K1% tra đồ thị P2-2 đồ án môn học thuỷ công

chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l: hs1%
- Ks: Hệ số xác định theo hình 2-4a trang 116 giáo trình thuỷ công tập 1 ta
h
3,51
36,442
= 0,096 tra đợc Ks = 1,21.
=
= 0,4 v s1% =

36,442
H
91
Vậy ta có: s = Ks ì hs1% = 1,21 x 3,424 = 4,143 m

có ứng với

Độ vợt cao an toàn : a đợc xác định dựa vào cấp công trình , tra giáo trình
thuỷ công tập I trang 93 bảng 5-1 ta đợc a = 1,0 ứng với MND
Khi đó cao trình đỉnh đập là
1 = 210 + 0,0184 + 4,143 + 1 = 215,16 m
b) Xác định độ dềnh do gió và chiều cao sóng leo ứng với gió bình quân lớn nhất.
Xác định độ dềnh do gió h ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất:
2

h = 2.10

6

V ' D'
cos
gH '

Trong đó:
- V: Vận tốc gió bình quân lớn nhất = 22 m/s
- D: Đà sóng ứng với trờng hợp MNDGC = 12Km
- : Góc tạo bởi hớng gió tính toán lớn nhất và trục đập tính với trờng hợp
bất lợi nhất = 0o
- g: Gia tốc trọng trờng = 9,81m/s
- H: Cột nớc trớc đập ứng với trờng hợp MNDGC : H = 96 m
Thay số vào công thức ta đợc
h = 0,0123
Xác định độ dềnh cao nhất của sóng leo do gió s ứng với vận tốc gió
bình quân lớn nhất: ' s = K ' ìh' s1%
s

101

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trong đó:
- hs1%: Chiều cao sóng ứng với tần suất 1%
Giả sử sóng đang tính là sóng nớc sâu: H 1 > 0,5
Tính các đại lợng không thứ nguyên:

gt gD
,
V V2

Với thời gian gió thổi liên tục: t = 6 h = 21.600 giây

gt 9,81ì 21.600
=
= 9435,27
V
22
gD 9,81ì 12000
=
= 243.22
V2
22 2

Với mỗi giá trị trên ta tra trên đờng cong bao phía trên đồ thị hình P2-1
(GTĐAMHTC) ta đợc :
gt
= 9435,27 thì
V
g .D
= 243,22 thì
V2

Với
Với

gh
= 0,081 ;
V2
gh
= 0,026 ;
V2

g
= 4
V
g
=2
V

Chọn giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị do đó ta chọn

gh
g
= 0,026 ;
= 2 để tính toán
2
V
V

Từ đó ta xác định đợc:
0,026 ì 22 2
= 1,283 m
9,81
2 ì 22
=
= 4,485 s
9,81
h =

2

g
9,81ì 4,485 2
=
=
= 31,422 m
2
2 ì 3,14

Kiểm tra lại điều kiện sóng nớc sâu H ' = 96m > 0,5 = 15,711 m l đúng.
Vậy ta có công thức tính chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l:
h' s1% = K 1% ì hs

Với K1% là hệ số tra trên hình P2-2 trang 115 đồ án môn học thuỷ công ứng
với

gD
= 243,22 và P = 1% ta đợc K1%=2,1. Vậy chiều cao sóng ứng với tần suất
V2

1% l:
h' s1% = 2,1ì 1,283 = 2,694 m

- Ks: Hệ số xác định trên hình 2-4a trang 116 ĐAMHTC ta có ứng với

31,422
h'
2,694
=
= 0,327 v s1% =
= 0,086 tra đợc Ks = 1,21.
H1
96

31,422
102

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát
Vậy ta có:

Thiết kế

' s = K 's ìh' s1% = 1,21. 2,694 = 3,26 m

Độ vợt cao an toàn
Tra bảng 5-1 trang 93 giáo trình thuỷ công tập 1 ta xác định đợc với công
trình cấp I có: a = 0,7m với trờng hợp MNDGC.
Cao trình đỉnh đập ứng với trờng hợp mực nớc tính toán là MNDGC
2 = 215 + 0,0123 + 3.26 + 0,7 = 218,97 (m)
Để thoả mãn đồng thời cả hai trờng hợp trên thì chọn cao trình đỉnh đập
ứng với giá trị cao hơn
Và để thuận lợi trong việc thi công cũng nh tính toán thi cao trình đỉnh đập
đợc chọn là
đỉnh = 219 m
2. Chiều rộng đỉnh đập.
Chiều rộng đỉnh đập phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu cấu tạo, bố trí cầu công
tác, đờng giao thông, bố trí lới chắn rác, van công tác, van sửa chữa, ống thông
hơi, thiết bị nâng chuyển cửa van. Bố trí tối thiểu theo yêu cầu giao thông chọn B
= 10m.
Mặt đập rải nhựa đờng dốc về 2 bên đờng với độ dốc 5%, nối liền cầu công
tác đặt trên trụ pin đập tràn, hai bên có rãnh thoát nớc.
3. Thiết bị thoát nớc và hành lang trong thân đập.
Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nớc trong thân đập và
nền, kết hợp để kiểm tra, sữa chữa; hành lang ở gần nền đợc sử dụng để phụt vữa
chống thấm. Kích thớc hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vữa
chọn theo yêu cầu thi công ;các hành lang khác chọn không nhỏ hơn 1,2x1,6
(m2).
Để thuận lợi cho việc tháo nớc thấm trong thân đập và kiểm tra các hành
lang đợc chọn có kích thớc (bxh) = (2,5x3,5)m2 riêng hành lang phụt vữa có kích
thớc là (bxh)= (4x6) m2
Theo chiều cao đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách
tầng kia (15-20) (m).
Với cao trình đỉnh đập : 219 m , chiều cao đập là : H đ = 219 (119 3) =103
m
Chọn các hành lang tập trung nớc thấm cách nhau 15m theo phơng thẳng đứng
Và chọn 5 hành lang lần lợt ở các cao trình là
103

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Hành lang I : I = 121 m
Hành lang II : II = 136 m
Hành lang III : III = 151 m
Hành lang IV : IV = 166 m
Hành lang V: V = 183 m
Khoảng cách từ mái thợng lu đến mép trớc của hành lang tập trung đợc xác định
theo điều kiện chống thấm C =

H
J

Trong đó - H: cột nớc tính từ mực nớc dâng gia cờng tới đáy hành lang
- J : Gradien thấm cho phép của bêtông lấy J = 15
Đối với hành lang I: C1 = (215 121)/15 = 6,27 m chọn C1 = 6,3 m
Hành lang II : C2 = (215 136)/15 =79/15 = 5,27 m chọn C2 = 5,3 m
Hành lang III: C3 = (215 151)/15 =64/15 = 4,27 m chọn C3 =4,3 m
Hành lang IV : C4 = (215 166)/15 = 49/15 = 3,27 m chọn C4 = 3,3 m
Hành lang V: C5 = (215 183)/15 =32/15 = 2,133 m chọn C5 = 3 m
III. Thiết kế đập tràn và tính toán tiêu năng.
.1 Mặt cắt đập tràn.
Chọn mặt cắt thực dụng đập tràn là loại Ôphixêrôp không chân không loại I
Cách xây dựng mặt cắt đập tràn nh sau:
- Cao trình ngỡng tràn bằng với cao trình mực nớc dâng bình thờng để khi có
lũ về tràn tự động xả nớc nếu nh không có yêu cầu về trữ nớc trong hồ khi đó ta
có : nt = MNDBT = 210 m ( tràn có cửa van).
- Chọn hệ trục toạ độ x0y có : trục ox ngang cao trình ngỡng tràn , hớng về
hạ lu; trục oy hớng xuống dới ; gốc 0 ở mép thợng lu đập , ngang cao trình ngỡng
tràn.
- Vẽ đờng cong theo tọa độ Ôphixêrốp trong hệ trục toạ độ đã chọn với:
Htk = Htr = MNDGC - nt = 215 210 = 5 (m)
Tra phụ lục (14-2) bảng tra thuỷ lực, ứng với đập loại 1 ta đợc giá trị , với Htk
= 1(m). Từ đó tính đợc toạ độ X, Y của mặt cắt ngang đập.
Mặt sau đập tràn đợc nối với sân sau bằng một mặt cong có bán kính
R( theo đồ án môn học thuỷ công )bán kính cong R đợc xác định nh sau :
R = (0,2-:-0,5).(P+Htr)
Trong đó P: chiều cao đập tràn P = 210 116 = 94 m
104

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Htr : cột nớc tràn lớn nhất (Htr = 5 m )
Khi đó R = (18,8-:-47)m Vậy chọn bán kính cong tại phía hạ lu đập tràn là R= 35
m
x
x=
H


0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,7
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5



y=

y
H

0,126
0,036
0,007
0,000
0,007
0,060
0,147
0,256
0,393
0,565
0,873
1,235
1,960
2,824
3,818
4,930
6,220

x

y

0
0,5
1,0
1,5
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5

0,63
0,18
0,035
0,0
0,035
0,3
0,735
1,28
1,965
2,825
4,365
6,175
9,8
14,12
19,09
24,65
31,1

.2.Tính toán tiêu năng sau đập tràn :
Khi lũ về lu lợng xả qua đập tràn rất lớn , nếu không có biện pháp làm giảm
năng lợng dòng nớc sau khi qua đập tràn thì dòng nớc sẽ làm xói lở lòng và bờ
sông , làm h hỏng các công trình .Do vậy căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất
và tài liệu thuỷ văn tại tuyến xây dựng công trình ,cột nớc làm việc của tràn lớn
nên chọn hình thức tiêu năng bằng mũi phun , hình thức tiêu năng này mục đích
là lợi dụng mũi phun ở chân đập tràn phía hạ lu để dòng chảy có lu tốc lớn sau khi
qua đập tràn phóng ra xa chân công trình khuếch tán vào không khí và trớc khi rơi
105

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

xuống hạ lu nớc tại các khoang tràn sẽ triệt tiêu lẫn nhau làm tiêu hao năng lợng ,
hình thức tiêu năng này sẽ tạo ra hố xói ở một vị trí nhất định ở hạ lu và nh vậy
cần tính toán thiết kế công trình tiêu năng sau đập tràn một cách hợp lý nhất sao
cho vừa đảm bảo điều kiện kinh tế và điều kiện kỷ thuật
2.1. Thiếu kế mũi phun :
+ Với lu lợng xả mặt Qxm: Để tiêu hao năng lợng dòng nớc đơc tốt và đạt
hiệu quả cao thì chọn hình thức mũi phun không liên tục và các mũi phun hớng
vào nhau từng đôi một với góc phun so với phơng nằm ngang là =15o
Chọn chiêu dài mũi phun là L = 2 m
Cao trình mũi phun cao hơn cao trình cuối dốc đập tràn một khoảng là :
h = L.sin = 2.0,2588 = 0,52m
Chọn cao trình mũi phun cao hơn mực nớc Zhlmax một khoảng là 1,52m khi
đó cao trình mũi phun thiết kế là
mp = Zhlmax + 1,52 = 135 +1,52 = 136,52 m
Cao trình cuối dốc đập tràn : cd = 136,52 0,52 = 136m
+ Với lu lợng xả đáy Qxđ : Chọn góc nghiêng mũi phun ' = 30o
a) .Chiều dài phun xa của dòng chảy :
Do hai dòng tiêu năng đáy và tiêu năng mặt có góc nghiêng là và ' nên
khi chúng đồng thời cùng làm việc thì thì dòng nớc tiêu năng của phun đáy và
phun mặt sẽ va vào nhau và triệt tiêu năng lợng lẫn nhau nên trờng hợp nguy
hiểm nhất xảy ra khi chỉ có một hình thức tiêu năng hoạt động
+ Khi chỉ có xả mặt :
Chiều dài phun xa dòng chảy đợc xác định theo công thức 17-40 giáo trình
thuỷ công


2
2
L1 = 2. . .S . cos .sin + sin +



h. cos + 2.S (1 )

2. 2 . .S


Trong đó
S : là chiêu cao cột nớc từ mực nớc thợng lu tới cao trình đáy sông
S = 215 119 = 96 m
: hệ số :



=

S1
S

Với S1 : là chiều cao mực nớc thợng lu tới cao trình mũi phun
S1 = 215 136,52 = 78,48 m
106

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế



= 78,48/96 = 0,818
: hệ số lu tốc ( = 0,9 )
Gỉa thiết rằng độ sâu cột nớc cuối dốc nớc sau đập tràn bằng độ sâu cột nớc cuối mũi phun (h = h1)giả thiết này dẫn tới vận tốc dòng nớc sau khi qua tràn
tăng lên so với thực tế do đó tăng về an toàn khi tính toán
Độ sâu cột nớc tại mũi phun đợc tính toán theo công thức: h = 3

.q 2
g

Trong đó q: lu lợng đơn vị ở cuối dỗc nớc
q =

Q xm
2766,65
=
= 23,055 m2/s
Btr
120

1.23,055 2
= 3,784 m
h=
9,81
3

Chiều dài phun xa là
L1 = 2.0,92.0,818.96.cos15o{sin15o+ ( sin 15 o ) +
2

3,784 ì cos 15 o + 2 ì 96 ì (1 0,818)
2.0,9 2 ì 0,818 ì 96

L1 = 106,32 m .Vậy chọn chiều dài hố xoáy theo tiêu năng mặt là L 1 = 110 m
b) Xác định đờng bao hố xói :
Đờng bao hố xói đợc xác định theo công thức sau (MS VoZoGo)
dx = A.K. q S o
Trong đó :
A: hệ số chứa khí phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy và độ sâu ở mũi phun
:với vận tốc tại mũi phun V>25m/s ,cột nớc tại mũi phun h > 0,7m tra bảng (2226) trang 452 sổ tay kỷ thuật thủy lợi tập III ta đ ợc A = 0,64
K: hệ số xói lỡ phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền tại vị trí xây dựng công
trình .Tra bảng tra (22-27) trang 452 STKTTL ta đ ợc K = 1,4
So : chiều cao cột nớc tính từ mực nớc thợng lu đến cao trình mực nớc hạ lu
max
So = MNDBT - Zhlmax = 210 135 = 75 m
dx = 0,64.1,4.14,13 =12,66 m
Chọn chiều sâu hố tiêu năng là : dx = 13 m
+ Khi chỉ có xả đáy :
Chiều dài phun xa dòng chảy đợc xác định theo công thức 17-40 giáo trình
thuỷ công
107

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế


2
2
L1 = 2. . .S . cos .sin + sin +



h. cos + 2.S (1 )

2. 2 . .S


Trong đó
S : là chiêu cao cột nớc từ mực nớc thợng lu tới cao trình đáy sông
S = 215 119 = 96 m
: hệ số



=

S1
S

Với S1 : là chiều cao mực nớc thợng lu tới cao trình mũi phun đáy
S1 = 215 134 = 81 m

= 81/96 = 0,844
: hệ số lu tốc ( = 0,9 )
Gỉa thiết rằng độ sâu cột nớc cuối dốc nớc bằng độ sâu cột nớc cuối mũi
phun (h = 6m) chính bằng chiều cao của ra của lỗ xả đáy
Độ sâu cột nớc tại mũi phun đợc tính toán theo công thức
Trong đó q: lu lợng đơn vị ở cuối dỗc nớc
Chiều dài phun xa là
L2 = 2.0,92.0,844.96.cos30o{sin30o+ ( sin 30 o ) +
2

6 ì cos 30 o + 2 ì 96 ì (1 0,844 )
2.0,9 2 ì 0,844 ì 96

L2 = 137,999.Vậy chọn chiều dài hố xoáy theo tiêu năng đáy là L 2 = 140 m
Xác định đờng bao hố xói :
Đờng bao hố xói đợc xác định theo công thức sau (MS VoZoGo)
dx = A1.K1. q1 S o
Trong đó :
A: hệ số chứa khí phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy và độ sâu ở mũi phun
:với vận tốc tại mũi phun V>25m/s ,cột nớc tại mũi phun h > 0,7m tra bảng (2226) trang 452 sổ tay kỷ thuật thủy lợi tập III ta đ ợc A = 0,105
K: hệ số xói lỡ phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền tại vị trí xây dựng công
trình .Tra bảng tra (22-27) trang 452 STKTTL ta đ ợc K = 1,4
So : chiều cao cột nớc tính từ mực nớc thợng lu đến cao trình mực nớc hạ lu max
So = MNDBT - Zhlmax = 210 135 = 75 m
q: lu lợng đơn vị chảy qua lỗ xả đáy : q = 1161,294 ( m3/s)
Thay số vào công thức trên ta đợc:
dx =14,74 m
Chọn chiều sâu hố tiêu năng là : dx = 15 m
108