Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ ĐẬP KHÔNG TRÀN

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ ĐẬP KHÔNG TRÀN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trang 72



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật công



4.1.2. Cách xác định mặt cắt kinh tế

A,'1m



A,'1

A1

A = f 3(n)

m=

'1

=



A5



A2



f 1(n)



A4

A3



f 2(n

)



n

C



C2



C1

1



2



C3

3



C4

4



C5

5



Hình 4.2 – Tính tốn mặt cắt kinh tế

+ Giả thiết các trị số  như  = 0;  = 0,1;  = 0,2;  = 0,3…

+ Với mỗi  giả thiết nhiều trị số n, dựa vào yêu cầu ổn định chống trượt K  [K]

xác định được m ứng với mỗi n. Vẽ quan hệ m = f1(n) ứng với mỗi .

+ Ứng với mỗi cặp m,n của bước 2 tính ứng suất chính biên thượng lưu và lập

quan hệ ’1 = f2(n), tính diện tích mặt cắt đập và thiết lập quan hệ A = f3(n).

+ Dựa vào các quan hệ m = f 1(n), ’1 = f2(n), A = f3(n) chọn được cặp m,n vừa

thoả mãn điều kiện ổn định, điều kiện ứng suất lại kinh tế nhất (ứng với mỗi ).

+ Lặp lại các bước trên cho các giá trị  khác nhau ta tìm được các tổ hợp ,n,m

thoả mãn điều kiện ổn định và ứng suất. Chọn tổ hợp cho giá trị Amin được m/c kinh tế.

4.2 Tính tốn mặt cắt kinh tế

Cấu tạo mặt cắt kinh tế như sau : mặt thượng lưu có một đoạn thẳng đứng chiều

dài H, tiếp theo là đoạn có mái dốc n, hạ lưu có hệ số mái m, chiều cao mặt cắt được

tính đến MNLTK. Với các thơng số , n,m đã biết bề rộng đáy và diện tích mặt cắt đập

xác định như sau :

+ Chiều rộng đáy : B = n.(1 – ).H + m.H = H.[m + n(1 – )]



(4.1)



+ Diện tích :

A = 0.5.(mH.H) + 0.5.[n(1 – )H].[(1 – )H] = 0.5H2[m + n(1 – )2]

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



(4.2)

Lớp : 51C-



Trang 73



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



Khi tính tốn mặt cắt kinh tế các tải trọng tác động như sau :

+ Áp lực nước thượng lưu : thành phần ngang W11, thành phần đứng (W12, W13).

+ Áp lực nước hạ lưu : thành phần ngang W21, thành phần đứng W22.

+ Áp lực bùn cát : thành phần ngang W31, thành phần đứng W32.

+ Áp lực sóng : WS.

+ Trọng lượng bản thân : G1, G2.

+ Áp lực thấm dưới đáy công trình : Wth.

+ Lực đẩy nổi : Wđn.

MNLTK



HS



W12

h = H



Ws



H1



W32



m



W13



H



W22



MNHL



G2



n



W11



G1



31



h2



W21



O

(1 - )nH

B



h2



Wdn

H1



Wth



Hình 4.3 – Sơ đồ lực tác dụng lên mặt cắt đập

Tính tốn xác định mặt cắt kinh tế với MNLTK = + 479,34 (m), cao trình đáy

đập Zđ = 354.00 (m), cao trình mực nước hạ lưu (ứng với lưu lượng xả max qua tràn

trong trường hợp lũ thiết kế) Zh = + 381,19 (m).

Trình tự tính tốn xác định mặt cắt kinh tế như sau :

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 74



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



4.2.1. Tính tốn lực tác dụng

 Áp lực nước thượng lưu :

+ Thành phần nằm ngang :



W11 = 0.5..H2



(4.3)



+ Thành phần thẳng đứng gồm hai phần :

W12 = .[(1 – )nH].[H] = .n.H2.(1 – )



(4.4)



W13 = 0.5..[(1 – )nH].[H(1 – )] = 0.5..n.H2(1 – )2



(4.5)



Cánh tay đòn của các thành phần lực so với trọng tâm đáy đập xác định như sau :

d11 = H/3



(4.6)



d12 = B/2 – [(1 – )nH]/2 = mH/2



(4.7)



d13 = B/2 – [(1 – )nH]/3 = mH/2 + [(1 – )nH]/6



(4.8)



Trong các cơng thức trên ta có :

+ H (m) : Chiều sâu nước tính từ MNLTK đến đáy đập, H = MNLTK – Z đ.

+ , n, m : Các thông số của mặt cắt kinh tế.

+  = 1 (T/m3) : Trọng lượng riêng của nước.

 Áp lực nước hạ lưu :

+ Thành phần ngang : W21 = 0.5..(h2)2

+ Thành phần đứng :



W22 = 0.5..h2,mh2 = 0.5.m(h2)2



(4.9)

(4.10)



Cánh tay đòn xác định như sau :

d21 = (h2)/3



(4.11)



d22 = B/2 – [m.(h2)]/3



(4.12)



Trong các cơng thức trên ta có :

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 75



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ B (m) : Bề rộng đáy đập.

+ h2 (m) : chiều sâu mức nước hạ lưu.

h2 = MNHL – Zđ = 381,19 – 354,00 = 27,19 (m).

 Áp lực đẩy nổi :

Xác định như sau :



Wdn = .(h2).B



(4.13)



Cánh tay đòn :



ddn = 0.



(4.14)



 Áp lực thấm :

Xem áp lực thấm dưới đáy đập phân bố dạng tam giác ta có cơng thức xác định

áp lực thấm như sau :

Cánh tay đòn :



Wth = 0.5.1..H1.B

dth = B/2 – B/3 = B/6



(4.15)

(4.16)



Trong các công thức trên 1 là hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vì

đập cao (H > 120 m) và cơng trình quan trọng nên phải tính tốn xử lý chống thấm bằng

cách khoan phụt vữa tạo màng chống thấm. Trị số 1 được xác định chính xác trong xử

lý nền, để tính tốn sơ bộ lấy 1 = 0.50.

 Áp lực bùn cát :

+ Thành phần ngang :



W31 = 0.5.bc.(hbc)2.Kcđ



(4.17)



+ Thành phần đứng :



W32 = 0.5.bc.(hbc)2.n



(4.18)



Cánh tay đòn xác định như sau :

d31 = (hbc)/3



(4.19)



d32 = B/2 – [n.(hbc)]/3



(4.20)



Trong các cơng thức trên ta có :

+ bc (T/m3) : Trọng lượng riêng đẩy nổi của bùn cát.

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Trang 76



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ hbc (m) : Chiều sâu bùn cát trước đập, hbc = Zbc – Zđ.

+ Kcđ = tg2(45o – /2) (T/m3) : Hệ số áp lực đất chủ động.

+  = : Là góc ma sát trong của bùn cát bão hoà nước.

 Trọng lượng bản thân đập :

+ Thành phần : G1 = 0.51.[(1 – )nH].[(1 – )H] = 0.5.1.H2.n(1 – )2



(4.21)



+ Thành phần : G2 = 0.5.1.H.(mH) = 0.5.1.mH2



(4.22)



Cánh tay đoàn xác định như sau :

d1 = B/2 – 2.[(1 – )nH]/3 = (mH)/2 – [(1 – )nH]/6



(4.23)



d2 = B/2 – n(1 – )H – (mH)/3 = (mH)/6 – [n(1 – )H ]/2



(4.24)



 Áp lực sóng :

Áp lực sóng max được xác định như sau :

WS = Kd..hS1%.[H + (hS1%)/2]



(4.25)



Mô men do áp lực sóng gây ra lấy với chân đập là :

MS = Km..hS1%.[(hS1%)2/6 + (H.hS1%)/2 + H2/2]



(4.26)



Trong (4.25) và (4.26) ta có :

+ hS1% (m) : chiều cao sóng với mức đảm bảo 1%.

+ Kd, Km : Là các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào (/H;h/).

+ h,  (m) : Là các thơng số chiều dài và chiều cao sóng trung bình.

4.2.2. Tính tốn các thơng số bùn cát, sóng

Trong phần tính tốn các lực tác dụng ta có :

+ Mực nước thượng lưu : H = MNLTK – Zđ = 479,34 – 354,00 = 125,34 (m).

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 77



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



+ Mực nước hạ lưu



Ngành : Kỹ thuật cơng



: h2 = MNHL – Zđ = 381,19 – 354,00 = 27,19 (m).



+ Trọng lượng riêng nước  = 1(T/m3); bê tông 1 = 2,4 (T/m3).

 Các thông số bùn cát :

+ Cao trình bùn cát (Zbc) : Là cao trình ứng với dung tích bùn cát lắng đọng trong

hồ trong thời gian vận hành của nó. Cao trình bùn cát xác định bằng cách tra quan hệ

WZ ứng với tổng lượng bùn cát W = T.Vbc.

Trong đó :- T = 100 (năm) : Thời gian vận hành cơng trình.

- Vbc = 0,28.106(m3) : Lượng bùn cát trung bình năm đến tuyến cơng trình

Vậy ta có : W = 100.1,24.106 = 28.106 (m3).

Tra quan hệ WZ với W = 28.106 (m3) ta được cao trình bùn cát Zbc = 391,91 (m).

+ Chiều sâu bùn cát : hbc = Zbc – Zđ = 391,91 – 354 = 37,91 (m).

+ Trọng lượng riêng đẩy nổi của bùn cát (bc) : bc = k – 1 = 1,5 – 1 = 0,5 (T/m3).

+ Góc ma sát trong của bùn cát  =10o (ứng với trường hợp bão hào nước).

 Các thơng số của sóng :

+ hS1% = 0,85 (m) : Đã tính tốn ở phần tính cao trình đỉnh đập cho các phương

án (Bảng 3.8)

+ Với /H = 0.064, / = 0.06 tra biểu đồ P 2 – 4 (Sách đồ án môn học thuỷ cơng)

ta có : Kđ = 0,13 , Km = 0.20.

4.2.3. Xác định các quan hệ m = f1(n),  ’1 = f2(n)

 Theo điều kiện ổn định :

Đập thoả mãn điều kiện ổn định khi :

Trong đó :



K =  KC



(4.27)



+ KC = 1.316 : Là hệ số an toàn cho phép.



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 78



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ FCT, FGT : Là tổng lực chống trượt và gây trượt.

Tính tốn các lực gây trượt và chống trượt :

FGT = W11 + W31 + WS – W21



(4.28)



FCT = f.P = f[W32 + W12 + W13 + G1 + G2 + W22 – (Wth +Wdn)]



(4.29)



Trong đó f là hệ số ma sát giữa đáy đập và nền đá : sơ bộ lấy f = 0,8.

Tính tốn các lực trong (4.28) và (4.29) thay vào (4.27) tính thử dần ta tìm được m.

 Tính ứng suất ở mép biên thượng lưu :

Ứng suất chính mép biên thượng lưu chính là áp suất đáy móng tại vị trí thượng

lưu và được tính theo công thức nén lệch tâm như sau :

’1 =



(4.30)



Trong (4.30):+ P : Tổng lực theo phương đứng.

P = W32 + W12 + W13 + G1 + G2 + W22 – (Wth +Wdn)



(4.31)



+ F = 1.B : Diện tích đáy móng.

+ W = B2/6 : Mơ dun chống uốn tại mặt cắt đáy móng.

+ Mo : Tổng mơ men các lực lấy với tâm O (chiều + cùng chiều KĐH).

Mo = MS + (W31.d31 – W32.d32) + (W11.d11 – W12.d12 – W13.d13) – (G1.d1 + G2.d2)

+ (W22.d22 – W21.d21) + Wth.dth



(4.32)



Dựa vào các thông số của mặt cắt kinh tế (, n, m) đã biết tính tốn các lực thay

vào (4.30) ta có được quan hệ ’1 = f2(n) .

4.2.4. Kết quả tính tốn

Tính tốn theo trình tự như trên ta được kết quả tính tốn mặt cắt kinh tế như sau :

Bảng 4.1 – Kết quả tính tốn mặt cắt kinh tế

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 79



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình







Stt



n



M



Ngành : Kỹ thuật cơng



B



’1



A



(m)



(T/m2)



(m2)



KC



1



0,5



0,2



0,88



122,83



70,39



7305,20



1,316



2



0,6



0,3



0,86



122,83



63,63



7132,39



1,316



3



0,7



0,35



0,88



123,46



65,60



7159,59



1,316



4



0,8



0,45



0,90



124,09



69,23



7210,94



1,316



Tính tốn chi tiết cho các giá trị I khác nhau được trình bày trong phụ lục PL 4.1

đến PL 4.5.

4.3 Bố trí các bộ phận

4.3.1. Cao trình và bề rộng đỉnh đập

Dựa vào kết quả tính cao trình đỉnh đập ở Chương 3 (Bảng 3.9) ta có cao trình

đỉnh cho phương án thiết kế là : Zđ = 482,92 (m). Để phục vụ công tác thi công được

thuận lợi và phục vụ cho giao thơng trong q trình phát triển sau nay của cơng trình ta

chọn bề rộng đỉnh đập b = 10 (m)

Cấu tạo phần đỉnh đập như sau : bề mặt đỉnh đập là một lớp bê tông cốt thép mác

M300 dày 1 (m), đỉnh đập được làm dốc về phía thượng lưu với độ dốc i = 3%, hai bên

có lề cao 0.8 (m) và dày 0.5 (m). Phía thượng lưu có lỗ thốt nước.

4.3.2. Hành lang

Đối với đập bê tơng thường bố trí các hành lang chạy dọc theo tuyến đập để

phục vụ cho công tác thi công và kiểm tra sửa chữa trong thời gian vận hành. Hành lang

là nơi tập trung nước thấm trong bê tơng để giữ cho phần bê tơng phía hạ lưu đập luôn

luôn khô ráo. Các hành lang tầng sát đáy còn phục vụ cho cơng tác khoan phụt tạo

màng chống thấm.

Như phân tích ở phần trên ta có : kích thước hành lang 3x3 (m), hành lang dùng

phụt vữa 5x5 (m), đỉnh là cung tròn đường kính bằng bề rộng hành lang, hành lang trên

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 80



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



cùng cách mép thượng lưu 3 (m), hai hành lang dưới cách mép thượng lưu 5m. Bố trí

ba tầng hành lang (tiện cho thi cơng bê tơng RCC) : tầng thứ nhất ở cao trình + 443.00

(m) (cách đỉnh 40 m), tầng thứ 2 ở cao trình + 403.00 (m), tầng thứ 3 ở cao trình +

359.00 (m) ( cách đáy 5 m).

4.3.3. Màng chống thấm

Để giảm áp lực thấm dưới đáy đập và hạn chế lượng nước tổn thất qua nền, tiến

hành khoan phụt tạo màng chống thấm trong nền.

 Chiều sâu màng chống thấm:

Cột nước thấm lớn nhất H = MNLTK – Zh = 479,34 – 379, 19= 100,15 (m).

Vậy H = 100,15 (m) > 100 (m) nên chiều sâu màng chống thấm phải đạt tới độ

sâu có lượng mất nước 0,01 (l/ph). (Theo TCVN 9137-2012)

Dựa vào tài liệu ép nước thí nghiệm ta có tại mặt cắt lòng sơng chiều sâu phụt

vữa tính đến vị trí lượng mất nước 0.01 (l/ph) là : S1 = 59 (m).

 Chiều dày màng chống thấm :

Xác định theo điều kiện bền thấm cho bản thân màng như sau :



Trong (4.33) :



(4.33)



+  = 0.5 : Hệ số tổn thất cột nước qua màng chống thấm.

+ H = 100,15 (m) : Cột nước thấm lớn nhất.

+ [J] : Gradien thấm cho phép của vật liệu làm màng chống thấm.



Khống chế lượng mất nước là 0.03 (l/ph) nên ta có : [J] = 30 (Theo TCVN 91372012).

0, 5.100,15

30

Thay số vào (4.33) ta có :   =

= 1,67 (m).



Vậy chọn chiều dày màng chống thấm là :  = 1,7 (m).

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 81



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



 Vị trí màng chống thấm :

Màng chống thấm càng gần mép thượng lưu càng tốt nhưng để đảm bảo điều

kiện chống thấm cho hành lang phụt vữa màng chống thấm bố trí tại vị trí hành lang thứ

nhất của tầng sát đáy, cách mép thượng lưu một khoảng L1 = 8,15 (m).

Bố trí hai hàng lỗ khoan với đường



10.00



+ MNLTK = 479.34



+ 482.92



kính 10 (cm), khoảng cách giữa các hàng là

2(m), trên một hàng các lỗ khoan cách nhau

3 (m), giữa các hàng bố trí hố khoan so le

nhau. Vì càng xuống sâu cột nước thấm



H = 98.15



H1 = 125.34

2.00



càng giảm nên để giảm kinh phí bố trí một



+ 403.00



hàng khoan sâu đến độ sâu thiết kế một hàng



+ 381.19



khoan nông hơn. Dùng vữa xi măng để phun



+ 359.00



1.00



tạo màng chống thấm.



+ 354.00



2



Hình 4.4– Màng chống thấm



L1=8,15

S1=59



L2 = 114,68



 = 1.67

1



Kiểm tra sự làm việc của màng chống

thấm :

Kiểm tra lại trị số tổn thất cột nước qua màng chống thấm như sau :

1 =



(4.34)



Trong đó :

+ x = /2 = 0,85 (m).

2

2

1� �

8,15 �

114, 68 ��



�1  �



1







��

2 � �59 �

59 ��



�= 1,60

+a= = �



2

2

1� �

114, 68 �

8,15 ��



�1  �



1







��

2 � � 59 �

59 ��



�= 0,59

+b= = �



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Trang 82



Ngành : Kỹ thuật cơng



Thay vào (4.34) ta có :

2

�1 �





1

� � �0,85 �





arccos �

1  � �  0,59 �



1,6 � �59 �









� �

1 = =

= 0.416



Vậy chọn lại màng chống thấm với trị số tổn thất cột nước qua màng chống thấm là

1=0,4

4. 4 Tính tốn ổn định

4.4.1. Các khả năng mất ổn định

Trong q trình làm việc đập bê tơng dưới tác dụng của các tải trọng và các tác

động có thể xảy ra các trường hợp mất ổn định như sau :

+ Mất ổn định do trượt : Đập bê tông trên nền đá có thể bị trượt theo mặt tiếp

giáp giữa nền và đáy đập hoặc giữa lớp tiếp xúc của các lớp đá nền khác nhau.

+ Mất ổn định lật : Dưới tác dựng của các tải trọng và tác động đập có thể bị lật

quanh một trục nào đó, thường là trục qua mép đáy hạ lưu.

+ Mất ổn định về cường độ đập và nền : khi làm việc dưới tác động ngoại lực

trong thân đập sinh ra các ứng suất, tại một số vị trí có thể xuất hiện các ứng suất kéo,

nén vượt quá giới hạn sẽ gây nứt bê tông. Mặt khác khi ứng suất phát sinh trong nền

quá lớn vượt quá sức chịu tải nền sẽ bị phá hoại và gián tiếp gây mất ổn định đập.

Vậy trong tính tốn ổn định đập bê tơng phải tính tốn theo cả ba trạng thái mất

ổn định như trên.

4.4.2. Các trường hợp tính tốn

Tính tốn theo hai tổ hợp tải trọng là tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp đặc biệt.

Với mỗi tổ hợp ta có các trường hợp tính tốn như sau :

 Tổ hợp cơ bản :

Tổ hợp cơ bản bao gồm các tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và ngắn hạn

mà cơng trình có thể chịu tác động cùng một lúc. Có các trường hợp sau đây :

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ ĐẬP KHÔNG TRÀN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×