Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 17. THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

CHƯƠNG 17. THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 77



Ngành kỹ thuật



cơng trình



→ Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số max (Z1, Z2 , Z3)

Trình tự tính tốn tương tự mục (6.2.3) - Chương 6 - (Phần thiết kế sơ bộ).

Kết quả q trình tính tốn xác định cao trình đỉnh đập xem bảng (9.1).

Bảng 9-1. Kết quả tính tốn xác định cao trình đỉnh đập ứng với các mực nước

TT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14



Thơng số



Đơn



MNDBT



MNLTK



MNLKT



tính toán



vị



Zđáy đập

H ; H’

D ; D’

V ; V’

s

h ; h’

gt/V; gt/V’

gD/V²;



m

m

m

m/s

độ

m



525.42

499.5

25.92

575

32

0

0.00463

6621.75



526.93

499.5

27.43

820

27

0

0.00444

7848



527.19

499.5



5.51



11.03



0.0015



0.0062



0.34



0.82



m

s

m



0.157

1.11

1.92



0.461

2.27

8.05



m



0.96



4.03



Vùng



sóng nước



sóng nước



sóng nước

K1%; K’1%

h1%; h’1%

'

 /h1%;  /h1%

K 1 ; K ’1

K 2 ; K ’2

K 3 ; K ’3

K 4 ; K ’4

K α ; K ’α

hsl1% ; h’sl1%

a ; a’



sâu

2.09

0.33

5.82

1

0.9

1.5

1.1

1

0.49

1.2



sâu

2.1

0.97

8.3

1

0.9

1.5

1.35

1

1.77

1.0



gD’/V’²

'

g h /V2; g h

/V’2

'

g /V; g 

/V’

'

h; h

'

;

'

 ;

0.5×  ; 0.5×





15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25



'



m



m

m



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



0.3



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 78



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Cao trình

26



đỉnh đập



m



527.1



529.7



527.5



m



27.6



30.2



28



Zđinhđâp

Chiều cao

27



đập Hđập



Vậy chọn cao trình đỉnh đập Z = 529.7 (m).

17.1.2.Xác định bề rộng và cấu tạo đỉnh đập:

17.1.2.1. Bề rộng đỉnh đập:

Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén (TCVN 8216-2009) ta có chiều

rộng đỉnh đập cần xác định phụ thuộc vào điều kiện thi cơng và khai thác, có xét

đến cấp cơng trình. Khi có u cầu kết hợp đường giao thơng cơng cộng thì phải

thiết kế theo tiêu chuẩn đường giao thơng. Trên đập này khơng có u cầu về giao

thơng mà chỉ có u cầu về cấu tạo và thi cơng. Để các xe cơ giới thi cơng có thể đi

lại thuận tiện ta chọn Bđ = 6.0 (m).

17.1.2.2. Cấu tạo đỉnh đập:

Mặt đập không sử dụng làm đường giao thông nên gia cố nhẹ bằng cuội sỏi

hoặc đá dăm nhằm đảm bảo cho việc đi lại trong quản lý khai thác và mỹ quan của

cơng trình. Tầng đệm để nối tiếp lớp gia cố với mặt đập bằng cát dày 10 cm có

nhiệm vụ thốt nước cho mặt đường. Mặt đỉnh đập dốc về hai bên với độ dốc i =3%

d thoỏt nc.

lát khan dày 30 cm

dăm sỏi dày 15 cm

cát đ

êm dày 10 cm

T ờng nghiêng bằng đất sét



600



Bê tông M150



+529.7

Trồng cỏ dày 20 cm



.5

m=3



Đ ất đ





ập



Đ á dăm cấp phối 20 cm

Cát lót dày 15 cm



m=3

.0



Hỡnh 9-1. Cấu tạo chi tiết đỉnh đập

17.1.3.Mái đập và cơ đập:

17.1.3.1. Mái đập:

Mái đập phải đảm bảo điều kiện ổn định theo tiêu chuẩn quy định trong mọi

điều kiện làm việc của đập. Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào loại hình đập,

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 79



Ngành kỹ thuật



cơng trình



chiều cao đập, tính chất vật liệu đắp đập và nền đập, các lực tác động lên mái (như

trọng lượng bản thân, áp lực nước, lực thấm, lực thủy động, tải trọng ngoài trên

đỉnh và mái đập v.v…), điều kiện thi cơng và khai thác cơng trình.

Vì việc xác định hệ số mái rất quan trọng, do vậy khi thiết kế kĩ thuật

sơ bộ chọn hệ số mái như thiết kế sơ bộ, sau đó kiểm tra lại thơng qua tính

tốn ổn định tính tốn cụ thể ở phần sau.

Mái thượng lưu:

m1 = 0.05H + 2.0 = 3.52

Mái hạ lưu:

m2 = 0.05H + 1.5 = 3.02

Vậy chọn mái dốc thượng, hạ lưu tương ứng là:

Mái thượng lưu: m1 = 3.5

Mái hạ lưu: trên cơ m2 = 3.0 và dưới cơ: m2’= 3.25

17.1.3.2. Cơ đập:

Theo TCVN 8216-2009, chọn bề rộng cơ đập B cơ = 3 m và cao trình cơ là

516 m cho mái hạ lưu, thượng lưu không bố trí cơ.

Cơ hạ lưu có nhiệm vụ thốt nước mưa cho mái đập nên ta phải bố trí hệ

thống rãnh thoát nước và các rãnh này được gia cố vững chắc để tránh hư hỏng do

dòng chảy. Kích thước lòng các rãnh thốt nước chọn là (30x30)cm, trên bề mặt cơ

lát tấm bê tông M200 dày 10cm, mặt cơ có độ dốc về phía rãnh thốt nước i = 3%.

m'



= 3.

25 30 30 30



Bê tôngM150



300



Đ ất mầu trồng cỏ dày 15cm



516

m'

2



30 30



2



Bê tông M150 dy 10cm

Đ á xâ

y M100



= 3.

25



Đ ất đắ

p đập



Hỡnh 9-2. Cu to c h lu

17.1.4.Bo vệ mái đập

17.1.4.1. Bảo vệ mái thượng lưu:

Mái thượng lưu chịu tác động trực tiếp của nhiều loại lực phức tạp: áp lực

sóng, nắng, thay đổi nhiệt độ…Vì vậy, mái đập cần phải được gia cố bảo vệ để đề

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 80



Ngành kỹ thuật



cơng trình



phòng sự xói lở do sóng gây ra, đồng thời có thể loại trừ được những hiện tượng

nguy hiểm khác cho mái dốc như dòng chảy với lưu tốc lớn vào miệng cơng trình

lấy nước đặt trong thân đập (cống ngầm), đất trong thân đập co nở vì thay đổi nhiệt

độ, nước mưa làm xói lở mái dốc, rễ cây ăn sâu vào thân đập, động vật đào hang…

Mái thượng lưu chủ yếu chịu tác dụng của sóng, với h sl1% = 0.97 m < 1.25 m

→ có thể bảo vệ mái bằng tấm bê tơng. Chiều dày cần thiết của lớp đá có thể xác

định theo cơng thức Sankin:

t = 1.7×



n

1 m2

.

.h s

đ  n m(m  2)



Trong đó:

+ γd: Dung trọng của viên đá, đ = 2.5 T/m 3

+ γn: Dung trọng của nước, n = 1 T/m 3

+ hs: Chiều cao sóng, hs = 0.97 m

+ m: Hệ số mái dốc thượng lưu, m = 3.5

1



1  3.52

.

0.97 = 0.203 (m)

t = 1.7 

2.5  1 3.5 (3.5  2)



Chọn chiều dày lớp bảo vệ mái t = 0.3 m

Dưới lớp đá lát bố trí tầng đệm nhằm đảm bảo sự nối tiếp tốt giữa lớp gia cố

và thân đập trong trường hợp lún khơng đều, đồng thời đóng vai trò tầng lọc ngược

nhằm đề phòng hiện tượng xói ngầm khi cột nước thấm trong thân đập cao hơn

ngoài hồ chứa do hiện tượng sóng leo rồi rút xuống hoặc do mực nước trong hồ hạ

xuống thấp đột ngột. Tầng đệm bố trí 2 lớp: lớp một là lớp dăm sỏi dày 15 cm, lớp

hai là cát dày 10 cm.

Dọc theo chân mái của phần gia cố chính ta làm chân tựa bê tông cốt thép

M150 để tăng ổn định cho lớp gia cố, đề phòng hiện tượng trượt dọc theo mái dốc.

Theo điều TCVN 8216-2009, phạm vi bảo vệ mái thượng lưu bắt đầu từ cao

trình đỉnh đập 529.7 m đến dưới mực nước chết một đoạn 2.5 m, tức đến cao trình

508.1 m (ZMNC = 510.6 m).



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ s



Trang 81



Ngnh k thut



cụng trỡnh

Đ á lát khan dày 30cm

Dăm sỏi dày 15cm

Cát lót dày 10cm



80



30



châ

n tựa BTCT M150



30



Hỡnh 9-3. Chi tiết bảo vệ mái thượng lưu.

17.1.4.2. Bảo vệ mái hạ lưu:

Mái đập hạ lưu được bảo vệ từ đỉnh đập đến đỉnh của lăng trụ thoát nước,

cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra hoặc nguyên nhân khác gây ra.

Chọn hình thức bảo vệ là trồng cỏ, bên dưới phủ một lớp đất màu dày 20 cm. Trên

mái bố trí các rãnh thốt nước nghiêng với trục đập góc 45 0 để tập trung và tiêu

thốt nước mưa gây xói lở lớp gia cố. Các ơ cỏ hình vng có kích thước 5 x 5 (m).



Hình 9-4. Chi tiết bảo vệ mái hạ lưu

17.1.5.Thiết bị thoát nước thân đập:

Mục đích của việc đặt thiết bị thốt nước thân đập là cho dòng thấm thốt ra

hạ lưu dễ dàng và an tồn, hạ thấp đường bão hòa khơng cho dòng thấm thốt ra ở

mái đập hạ lưu, tăng ổn định, chống xói ngầm và chống trượt mái.



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 82



Ngành kỹ thuật



cơng trình



17.1.5.1. Đoạn lòng sơng:

Hạ lưu có nước, mực nước hạ lưu khơng q lớn nên ta chọn thoát nước kiểu

lăng trụ. Khối lăng trụ được xếp bằng đá hộc có hệ số mái trong và mái ngoài chọn

là mt = 1.0 và mn = 1.5. Mặt tiếp giáp của lăng trụ với thân đập và nền đập làm theo

kết cấu tầng lọc ngược gồm một lớp dăm sỏi dày 20 cm và lớp cát lọc dày 15 cm.

Các kích thước cơ bản của vật thốt nước:

+ Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước cao nhất ứng với lũ thiết kế

ở hạ lưu đập 1.0 m đối với cơng trình cấp II.Từ q trình điều tiết lũ ta có q xả max =

32.947 m3/s, tra trên quan hệ qxả~Zhl ta được cao trình mực nước hạ lưu lớn nhất là

Zhl max = 501.3. Cao trình đỉnh của lăng trụ thốt nước là:

ZLT = 501.3 + 2.0 = 503.3 (m)

Để thuận tiện cho cấu tạo ta chọn ZLT = 503.5 m

+ Bề rộng đỉnh lăng trụ xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý

và không được nhỏ dưới 1.5 m Chn b = 2 m.



200



503.5



Đ ất đ





ập



Đ á hộc xếp

Dăm sỏi dày 20 cm

Cát thô 15 cm



Hỡnh 9-5. Lng trụ thốt nước

17.1.5.2. Đoạn sườn đồi:

Do hạ lưu khơng có nước nên ta chọn hình thức thốt nước kiểu áp mái. Nó

gồm một số lớp vật liệu dễ thốt nước bố trí theo ngun tắc tầng lọc ngược, lớp

ngồi cùng là đá hộc, phía trong là lớp đá dăm và lớp cát lọc. Cao trình đỉnh áp mái

cao hơn điểm ra của đường bão hòa 2.0 m (TCVN 8216-2009).



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp k s



Trang 83



Ngnh k thut



cụng trỡnh



Đ á hộc lát khan dày 30cm

Dăm sỏi dày 15cm

Cát thô 10cm

Đ ất đắp đập



50



75 50 60



Đ á xâ

y



Hỡnh 9-6. Thit b ỏp mỏi h lưu

17.1.6.Thiết bị chống thấm:

Dựa vào tài liệu địa chất mặt cắt dọc tuyến đập và tính chất cơ lý của đất đắp

đập ta thấy cả đất đắp đập và nền đều có hệ số thấm lớn mặt khác ta thấy mực nước

thượng lưu đập ứng với MNDBT và MNLTK đều lớn (27.6 m và 30.2 m), vì vậy

mà ta cần thiết kế thiết bị chống thấm cho đập và nền. Tác dụng của bộ phận chống

thấm là:

- Hạ thấp đường bão hoà trong thân đập để tăng ổn định cho mái dốc hạ lưu.

- Giảm gradien thấm và mức độ nguy hiểm phá vỡ cơng trình do khả năng

phát sinh thấm tập trung giữa thân và nền đập.

- Giảm lưu lượng nước qua thân và nền đập.



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 84



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Do chiều dày tầng thấm nước của nền đập khá lớn, chỗ lớn nhất lên đến 10m.

Vì vậy ta chọn hình thức chống thấm cho đập là tường nghiêng sân phủ. Sơ bộ ta

chọn kích thước bộ phận chống thấm như sau:

17.1.6.1. Chiều dày tường nghiêng:

-



Chiều dày đỉnh tường δ không nhỏ hơn 0.8m. Ta chọn δ1 = 1 m.



-



Chiều dày chân tường thoả mãn điều kiện:

2 



H 1 và H 1

H

 2  1

J

10

4



Trong đó:

+ H1: Cột nước chênh lệch trước và sau tường. H1 = 25.92 m

+ [J]: Gradien thấm cho phép của vật liệu làm tường. Chọn [J] = 10.

Từ 2 điều kiện trên sơ bộ ta có thể chọn δ2 = 5.0 m

17.1.6.2. Chiều dài sân phủ:

Chiều dài sân phủ Ls được xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm

qua thân đập và qua nền, điều kiện khơng xói cho phép. Sơ bộ ta có thể chọn L s =

(3÷5) H. Vậy chọn L = 110 m.

Với H = 25.92 thì chiều dày đầu sân phủ δ đ = 1.0 m; chiều dày cuối sân phủ

δc= 5.0 m.

17.2. Tính thấm qua đập đất.

17.2.1.Mục đích của việc tính thấm:

-



Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và nền để tìm được lưu lượng nước



tổn thất của hồ do thấm và đề ra biện pháp phòng chống thấm thích hợp cho đập và

nền.

-



Xác định vị trí đường bão hòa, để tính được áp lực thấm dùng trong tính tốn



ổn định mái đập.

-



Xác định gradien thấm hoặc lưu tốc thấm của dòng chảy trong thân và nền



đập (nhất là ở chỗ dòng thấm thốt ra hạ lưu) để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 85



Ngành kỹ thuật



cơng trình



đất. Từ đó, xác định kích thước hợp lí của thân đập, các kết cấu chống thấm, thoát

nước và thành phần của tầng lọc ngược.

17.2.2.Các trường hợp tính tốn:

Trong nội dung tính tốn thấm khi thiết kế đập đất cần phải tính tốn cho các

trường hợp làm việc khác nhau của đập đất.

+ TH1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước thấp nhất tương ứng,

thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường.

+ TH2: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước lớn nhất (ứng với lưu

lượng xả lớn nhất từ hồ chứa), thiết bị thoát nước làm việc bình thường.

+ TH3: Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột.

+ TH4: Thiết bị thốt nước làm việc khơng bình thường.

+ TH5: Thiết bị chống thấm bị hỏng.

Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, do có sự hạn chế về mặt thời gian nên chỉ

tiến hành tính tốn thấm cho TH1 và TH2 ứng với các mặt cắt điển hình ở sườn đồi

và lòng sơng:

+ Mặt cắt lòng sơng: Tính toán cho cả trường hợp 1 và 2.

+ Mặt cắt sườn đồi: chọn 1 mặt cắt sườn đồi và tính tốn cho trường hợp 1.

17.2.3.Phương pháp tính tốn:

Để tính tốn thấm có rất nhiều phương pháp tính nhưng thơng dụng nhất là

các phương pháp:

-



Phương pháp phân tích lý luận bao gồm:

+ Phương pháp phần tử hữu hạn

+ Phương pháp thủy lực.



-



Phương pháp cơ học chất lỏng.



-



Phương pháp đồ giải.

Trong đồ án sử dụng phương pháp thủy lực để tính tốn thấm qua đập.



Phương pháp thủy lực dựa trên một số giả thiết nhằm đơn giản hóa các biên của

miền thấm: giới hạn bài tốn phẳng thấm ổn định, khơng xét đến ảnh hưởng của

mao dẫn.

Phương pháp thủy lực học cho những đặc trưng trung bình của dòng thấm

nên độ chính xác khơng cao vì phải dựa vào một số tiên đề, một số giả thiết nhất

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 86



Ngành kỹ thuật



cơng trình



định. Tuy nhiên cách giải này có thể giải được những trường hợp phức tạp trong

thực tế và vẫn đảm bảo yêu cầu của kỹ thuật. Mặt khác nó có ưu điểm là đơn giản

và dễ tính tốn.

17.2.4.Các giả thiết cơ bản:

Dòng thấm tuân theo định luật Darcy:

v = K.J

Trong đó:

+ v: lưu tốc thấm trung bình.

+ K: hệ số thấm của đất.

+ J: građien thủy lực tại điểm tính tốn.

-



Xét cho bài tốn phẳng.



-



Dòng thấm là dòng ổn định.



-



Đất nền và đập là môi trường đồng nhất đẳng hướng.



-



Trong miền thấm khơng có điểm thốt nước và tiếp nước.



-



Nước chứa đầy các khe rỗng và không ép co được.



17.2.5.Nội dung tính tốn:

17.2.5.1. Tài liệu cơ bản:

MNDBT = 525.42 m, hạ lưu khơng có nước.

MNLTK = 526.93 m.

Mực nước hạ lưu: 501.3 m (Cho trường hợp MNLTK).

Cao trình đỉnh đập thiết kế: 30.2 m.

Cao trình đáy đập: 499.5 m.

Hình thức đập: đập đồng chất, thấm bằng tường nghiêng sân phủ.

Hệ số thấm của đập: Kđ = 2.9×10-6 m/s

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 87



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Hệ số thấm của nền: Kn = 10-5 m/s

-



Hệ số thấm của vật liệu chống thấm: Kct = 2.1×10-8 m/s



-



Chiều dày tầng thấm T = 10 m.



17.2.5.2. Tính thấm cho mặt cắt lòng sơng:

a. Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu khơng có nước:

Sơ đồ tính thấm:



1



2



y



529.7



MNDBT =525.42

516



h1

T=10m



Ls=110m



1



503.5



h3



499.5



O



L



a0



x



2



Tính tốn:



Ta chia làm hai đoạn: Đoạn 1 (từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2), đoạn 2 (chia

làm hai phần đập và nền)

Lưu lượng thấm q và cột nước h3 sau tường nghiêng xác định từ hệ 3 phương

trình sau:

 h12  h32  z02



h  h3

q  K 0 

 1

T 

Ls  m1h3 

 2 sin 

q K d



h32  a02

h3  a0

 Kn

T

2( L  m1h3 )

L  m1h3  0.44T



a0  h32  ( L  m1h3 ) 2  ( L  m1h3 )



Trong đó:

Kđ: Hệ số thấm của đập, Kđ = 2.9×10-6 (m/s)

K0: Hệ số thấm của thiết bị chống thấm, K0 = 2.1×10-8 (m/s)

Kn: Hệ số thấm của nền, Kn = 10-5 ( m/s).

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 17. THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×