›
›

Đồ án môn học Thuỷ công - Đại học Thủy lợi

pdf 153 trang ngocly 2410
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án môn học Thuỷ công - Đại học Thủy lợi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_mon_hoc_thuy_cong_dai_hoc_thuy_loi.pdf

Nội dung text: Đồ án môn học Thuỷ công - Đại học Thủy lợi

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI BỘ MÔN THUỶ CÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ CÔNG (Tái bản lần thứ hai, có bổ sung, sửa chữa) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI BỘ MÔN THUỶ CÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ CÔNG (Tái bản lần thứ hai, có bổ sung, sửa chữa) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 2004 2
  3. MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU 5 LỜI NÓI ĐẦU 6 PHẦN I - CÁC ĐỀ BÀI 8 ĐỒ ÁN SỐ 1: TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM 8 A - TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH. 8 B - TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH 12 ĐỒ ÁN SỐ 2 - THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 16 ĐỒ ÁN SỐ 3 - THIẾT KẾ CỐNG NGẦM 16 A - TÀI LIỆU CHO TRƯỚC 16 B – NỘI DUNG THIẾT KẾ: 18 ĐỒ ÁN SỐ 4: THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 30 A. TÀI LIỆU: 30 B. YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ. 35 ĐỒ ÁN SỐ 5: THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN 45 A. TÀI LIỆU 45 B. YÊU CẦU ĐỒ ÁN: 51 PHẦN II - HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN 52 ĐỒ ÁN SỐ 1: TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM 52 §1-1. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH. 52 §1-2. TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH. 59 ĐỒ ÁN SỐ 2: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 67 §2-1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG. 67 §2-2. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT 68 §2-3. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN 72 §2-4. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP 79 §2-5. CẤU TẠO CHI TIẾT 82 §2-6. KẾT LUẬN 84 ĐỒ ÁN SỐ 3: THIẾT KẾ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC DƯỚI ĐẬP ĐẤT 86 §3-1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 86 §3-2. THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG 87 §3-3. TÍNH KHẨU DIỆN CỐNG. 88 §3-4. KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG 92 §3-5. CHỌN CẤU TẠO CỐNG 96 §3-6. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG 98 §3-7. KẾT LUẬN 101 ĐỒ ÁN SỐ 4: THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 102 §4-1. MỞ ĐẦU 102 §4-2. TÍNH TOÁN MẶT CẮT ĐẬP 103 §4-3. TÍNH TOÁN MÀN CHỐNG THẤM 107 §4-4. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐẬP TRÀN 109 §4-5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP. 112 3
  4. §4-6. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP. 113 §4-7. CÁC CẤU TẠO CHI TIẾT 116 §4-8. KẾT LUẬN. 117 ĐỒ ÁN SỐ 5: THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN 118 §5-1. GIỚI THIỆU CHUNG 118 §5-2. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG 118 §5-3. BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG. 122 §5-4. TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG. 127 §5-5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG. 128 §5-6. TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY CỐNG 130 §5-7. KẾT LUẬN 135 PHẦN III - CÁC PHỤ LỤC 136 Phụ lục 1. XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ. (Theo TCXDVN 285-2002). 136 Phụ lục 2 .CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG DO GIÓ LÊN CÔNG TRÌNH 141 Phụ lục 3: ĐẶC TRƯNG ĐỘ BỀN THẤM CỦA ĐẤT NỀN VÀ ĐẤT ĐẮP ĐẬP 146 4
  5. LỜI GIỚI THIỆU Cuốn “ Đồ án môn học Thuỷ công” xuất bản lần đầu vào năm 1992. Sách được tái bản, có bổ sung sửa chữa lần thứ nhất vào năm 2001. Trong lần tái bản này (năm 2004), sách giới thiệu những thay đổi về phân cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế trích từ Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285- 2002 (thay cho TCVN 5060 -90). Những sửa đổi chủ yếu bao gồm: - Thay đổi cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ. - Bổ sung tiêu chuẩn phân cấp công trình theo dung tích hồ chứa. - Bổ sung tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất kiểm tra công trình thuỷ. - Thay đổi thời gian tính toán dung tích bồi lắng của hồ chứa bị lấp đầy. - Những quy định chủ yếu về tính toán công trình theo trạng thái giới hạn. Ngoài ra còn có những bổ sung, sửa chữa cần thiết về số liệu đầu bài và phần hướng dẫn, một số hình vẽ và đầu sách tham khảo. Việc bổ sung và sửa chữa sách lần này do PGS.TS Nguyễn Chiến và KS.Lương Thị Thanh Hương đảm nhận. Bộ môn Thuỷ công trân trọng giới thiệu cùng đọc giả cuốn “ Đồ án môn học Thuỷ công” tái bản năm 2004. Bộ môn Thuỷ công 5
  6. LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học là một phần nội dung quan trọng của chương trình môn học Thuỷ công. Nó nối liền giữa lý thuyết và thực tế thiết kế và xây dựng các công trình thuỷ lợi. Trong những năm qua, các đồ án môn học do bộ môn thuỷ công biên soạn và hướng dẫn đã phục vụ tích cực cho việc giảng dạy môn Thuỷ công. Hiện nay do kết quả của việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, nhiều phương pháp tính mới ra đời, nhiều qui phạm Nhà nước mới đã được ban hành để thay thế cho các qui phạm thế hệ trước. Điều này đòi hỏi, trong nội dung giảng dạy và hướng dẫn đồ án môn học thuỷ công cũng phải có những điều chỉnh thích hợp. Ngoài ra cần thể hiện nhất quán những quan điểm tính toán cơ bản trong cả chương trình môn học thuỷ công. Cuốn "Đồ án môn học thuỷ công" được viết nhằm đáp ứng một phần yêu cầu cấp thiết nêu trên. Cuốn sách cũng nhằm đáp ứng nhu cầu tự học của đông đảo sinh viên các chuyên ngành khác nhau có học môn Thuỷ công, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và tự đào tạo. Cuốn sách cũng có thể có ích đối với các bạn có nhu cầu tìm hiểu môn Thuỷ công, bước đầu làm quen với việc thiết kế các công trình thuỷ lợi. Nội dung cuốn sách gồm có 3 phần: Phần I- Các đề bài: Cho các số liệu cơ bản và các yêu cầu tính toán, bản vẽ. Phần II- Hướng dẫn đồ án: Trình bày các bước làm cụ thể, các sơ đồ và công thức tính toán cơ bản, hướng dẫn sử dụng các tài liệu cần thiết khi làm đồ án. Phần III- Các phụ lục: Trình bày một số bảng biểu đồ thị cần thiết nhất cho việc làm đồ án. Các tài liệu được lấy từ các qui phạm hiện hành và các sách chuyên môn khác. Cuốn sách do các đồng chí Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái biên soạn và đã được thảo luận thông qua tại bộ môn Thuỷ công, Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội. Chúng tôi chân thành cảm ơn các đồng chí Phạm Ngọc Quý, Lê Gia Vọng đã góp nhiều ý kiến bổ ích cho bản thảo, đồng chí Nguyễn Khắc Xưởng- Phòng Đào tạo Trường Đại học Thuỷ lợi đã có những giúp đỡ quí báu để cuốn sách sớm được ra mắt độc giả. Mặc dù các tác giả đã có nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được ý kiến xây dựng của các bạn đồng nghiệp gần xa. Những góp ý xin 6
  7. gửi về Bộ môn Thuỷ công, Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn. Các tác giả 7
  8. PHẦN I - CÁC ĐỀ BÀI ĐỒ ÁN SỐ 1: TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM A - TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH. I. Tài liệu: Trong thành phần của một cụm công trình đầu mối ở vùng núi có một đập ngăn sông bằng bê tông. Các tài liệu thiết kế như sau: 1. Các mực nước và cao trình: - Cao trình đáy đập (chỗ thấp nhất): +100 - MNDBT của hồ: Xem bảng A - Cao trình bùn cát lắng đọng: +108 - Mực nước hạ lưu: +105 2. Tài liệu mặt cắt đập (xem hình A) - Cao trình đỉnh đập = MNDBT + 5m - Đỉnh của phần mặt cắt cơ bản (hình tam giác) ở ngang MNDBT - Bề rộng đỉnh: b = 5 (m); đáy B = 0,8Hđ (Hđ - chiều cao mặt cắt cơ bản). - Phần hình chiếu của mái thượng lưu trên mặt bằng: nB, trong đó n = 0,2 (xem hình vẽ) - Đập có màn chống thấm ở sát mép thượng lưu. Hệ số cột nước còn lại sau màn chống thấm α1 = 0,5 3 - Vật liệu thân đập có dung trọng γb = 2,4 T/m 8
  9. Hình A - Sơ đồ mặt cắt đập 9
  10. Bảng A - Số liệu bài tập phần lực Đề MNDB V D Đề MND V D số T (m) (m/s) (km) số BT (m) (m/s) (km) 1 145 20 4,0 39 147 25 9,0 2 146 25 5,0 40 148 27 10,0 3 147 20 6,0 41 140,5 34 2,0 4 148 22 7,0 42 141,5 32 2,5 5 149 21 8,0 43 142,5 30 3,0 6 150 26 9,0 44 143,5 28 3,5 7 140 31 10,0 45 144,5 26 4,0 8 141 28 9,5 46 145,5 24 4,5 9 142 22 8,5 47 146,5 22 5,0 10 143 27 7,5 48 147,5 20 5,5 11 144 23 6,5 49 148,5 21 6,0 12 145 26 5,5 50 149,5 22 6,5 13 146 25 4,5 51 150 23 7,0 14 147 28 5,0 52 149 24 6,0 15 148 23 6,0 53 148 25 5,0 16 149 24 7,0 54 147 26 4,0 17 150 19 8,0 55 146 27 3,0 18 140 24 9,0 56 145 28 2,0 19 141 20 10,0 57 144 29 2,5 20 142 25 8,0 58 143 30 3,5 21 140 28 4,5 59 142 31 4,5 22 141 30 5,5 60 141 32 5,5 23 142 22 6,5 61 150 32 6,0 24 143 25 7,5 62 149 31 7,0 25 144 28 8,5 63 148 30 6,5 26 145 30 9,5 64 147 29 5,5 27 146 24 10,5 65 146 28 4,5 28 147 25 10,0 66 145 27 3,5 29 148 22 9,0 67 145,5 26 2,5 30 149 24 8,0 68 146,5 25 2,0 31 150 26 7,0 69 147,5 24 4,0 32 140 28 6,0 70 148,5 23 6,0 33 141 30 5,0 71 140,0 33 2,0 34 142 25 4,0 72 140,5 34 2,5 5 143 22 5,0 73 141,0 32 3,0 36 144 24 6,0 74 141,5 30 3,5 37 145 26 7,0 75 142,0 29 4,0 38 146 21 8,0 76 142,5 28 4,5 10
  11. 39 143,0 27 5,0 89 149,0 29 4,0 40 143,5 26 5,5 90 149,5 30 5,0 41 144,0 25 6,0 91 149,5 22 7,0 42 144,5 24 6,5 92 146,0 21 6,5 43 145,0 23 7,0 93 147,0 20 5,5 44 145,5 22 6,5 94 148,0 22 4,5 45 146,0 21 5,5 95 149,0 24 3,5 46 146,5 20 4,5 96 150,0 23 2,5 47 147,0 22 3,5 97 146,5 25 3,5 48 147,5 24 2,5 98 147,5 27 3,5 49 148,0 26 2,0 99 148,5 29 2,5 50 148,5 28 3,0 100 145,5 31 2,0 3, Các tài liệu khác: - Tốc độ gió tính toán: V; Chiều dài truyền sóng: D (ứng với MNDBT): xem bảng A. - Thời gian gió thổi liên tục: 6 giờ; ⎛ 1 ⎞ - Vùng xây dựng có động đất cấp 8 ⎜ K = ⎟ ; ⎝ 20 ⎠ 3 0 - Các chỉ tiêu bùn cát lắng đọng: γk = 1,0 T/m ; nb = 0,45; ϕbh = 10 . II. Các yêu cầu tính toán: 1. Xác định các yếu tố của sóng bình quân và sóng có mức bảo đảm P = 1% ( h , λ , τ , hs1%); Độ dềnh cao nhất của sóng ηs. 2. Vẽ giản đồ áp lực sóng lên mặt đập thượng lưu. Tính trị số áp lực sóng nằm ngang (Pmax) và mômen của nó với đáy đập (Mmax) - Tính cho 1 mét dài của đập. 3. Xác định ( trị số, phương chiều, điểm đặt ) và vẽ tất cả các lực tác dụng lên 1 mét dài đập (trường hợp MNDBT, có động đất). 11
  12. B - TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH. I. Tài liệu: Các cống B và C có sơ đồ và kích thước như trên hình B, hình C và bảng B. Nền cống là đất cát pha (đồng nhất đẳng hướng) có các chỉ tiêu như sau: 3 -6 0 γk = 1,55 T/m ; n = 0,35; K = 2 . 10 m/s; ϕ = 20 ; C = 0; d 60 η = = 15; d50 = 0,15mm. d10 II. Yêu cầu tính toán. 1. Dùng các phương pháp tính thấm đã học (tỷ lệ đường thẳng, hệ số sức kháng và đồ giải) để xác định lưu lượng thấm q, vẽ biểu đồ và tính tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy cống, tính gradien thấm bình quân và gradien thấm cục bộ ở cửa ra. 2. So sánh các kết quả giải được bằng các phương pháp nêu trên và cho nhận xét. 3. Kiểm tra khả năng mất ổn định về thấm của nền và nêu biện pháp xử lý (nếu cần). 12
  13. 4. a- Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi nhưng hệ số thấm K thay đổi thì các kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào? b- Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi nhưng chênh lệch cột nước H thay đổi thì kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào? 5. Nếu cống xây dựng ở vùng triều (làm việc 2 chiều) khi chênh lệch cột nước đổi chiều (giả sử trị số tuyệt đối của H không đổi) thì các kết quả tính toán nào còn có thể sử dụng được, tại sao? Các kết cấu đường viền thấm có cần thay đổi gì không, tại sao? Bảng B - Số liệu bài tập phần thấm Đề S z z T( Sơ đồ l (m) l (m) 1 1 2 số 1 2 (m) (m) (m) m) 1 15,0 10,0 5,0 6,0 1,0 15,0 2 17,0 11,0 6,0 7,0 1,5 16,0 3 19,0 12,0 7,0 8,5 2,0 17,0 4 21,0 13,0 8,0 10,0 2,5 18,0 5 23,0 14,0 7,5 10,5 3,0 10,0 6 25,0 15,0 7,0 11,0 3,5 11,0 7 20,0 16,0 6,5 10,5 4,0 12,0 8 22,0 17,0 6,0 8,0 1,0 13,0 9 24,0 18,0 5,5 8,5 1,5 14,0 10 B 26,0 19,0 5,0 9,5 2,0 15,0 11 28,0 20,0 6,0 10,0 2,5 16,0 12 16,0 10,0 7,0 8,5 3,0 17,0 13 18,0 11,0 8,0 10,0 3,5 16,0 14 20,0 12,0 7,5 11,0 4,0 15,0 15 22,0 13,0 6,5 9,5 3,0 14,0 16 24,0 14,0 5,5 8,5 2,0 13,0 17 26,0 15,0 4,5 7,5 1,0 12,0 18 16,0 12,0 5,0 7,0 1,5 14,0 19 18,0 14,0 6,0 8,5 2,5 16,0 20 20,0 16,0 5,5 10,0 3,5 15,0 21 15,0 12,0 4,5 5,8 1,0 9,0 22 17,0 14,0 5,0 6,5 1,5 10,0 23 19,0 16,0 5,5 7,5 2,0 11,0 24 21,0 18,0 6,0 8,5 2,5 12,0 25 23,0 20,0 6,5 8,5 3,0 13,0 26 25,0 12,5 7,0 10,0 3,5 14,0 27 20,0 13,0 7,5 10,5 4,0 15,0 28 21,0 14,5 7,0 9,5 3,0 16,0 29 22,0 15,5 6,0 8,0 2,0 17,0 13
  14. 30 C 23,0 16,5 5,0 6,5 1,0 18,0 31 24,0 17,5 4,5 7,0 1,5 19,0 32 25,0 18,5 5,5 8,3 2,5 20,0 33 26,0 19,5 6,5 10,0 3,5 18,0 34 16,0 13,0 7,5 10,0 4,5 16,0 35 18,0 15,0 4,5 9,0 4,0 14,0 36 20,0 17,0 5,0 8,5 3,0 12,0 37 22,0 19,0 6,0 8,0 2,0 10,0 38 24,0 12,0 7,0 7,0 1,0 11,0 39 25,0 14,0 6,5 8,5 2,5 13,0 40 27,0 16,0 7,5 10,0 3,5 15,0 41 20,0 12,0 5,5 8,0 1,0 9,0 42 19,5 13,0 6,0 8,5 2,0 10,0 43 19,0 14,0 6,5 9,0 3,0 11,0 44 18,5 15,0 7,0 9,5 4,0 12,0 45 18,0 15,0 7,5 10,0 3,5 13,0 46 17,5 14,0 8,0 10,5 2,5 14,0 47 17,0 13,0 8,5 11,0 3,0 15,0 48 16,5 12,0 7,5 11,5 3,5 16,0 49 16,0 11,0 6,5 12,0 4,0 17,0 50 15,5 10,0 5,5 11,0 4,0 18,0 51 15,0 9,0 5,0 10,0 3,5 17,5 52 16,0 8,0 6,0 9,0 3,0 16,5 53 17,0 8,5 7,0 8,0 2,5 15,5 54 18,0 9,5 8,0 7,0 2,0 14,5 55 B 19,0 10,5 8,0 9,0 1,5 13,5 56 20,0 11,5 6,0 11,0 1,0 12,5 57 19,5 12,5 6,0 12,0 3,0 11,5 58 18,5 13,5 5,0 10,0 3,5 10,5 59 17,5 14,5 5,0 8,0 4,0 9,5 60 16,5 14,0 7,0 7,5 3,0 10,0 61 15,5 13,0 7,0 8,5 2,0 11,5 62 14,5 12,0 8,0 9,5 2,5 12,0 63 19,0 12,5 6,5 10,0 2,5 12,5 64 18,0 13,0 7,5 9,0 3,5 13,0 65 17,0 14,0 7,5 8,0 3,5 13,5 66 16,0 14,5 6,5 7,0 3,0 14,0 67 15,0 15,0 5,5 7,5 2,0 13,0 68 15,5 14,0 6,0 8,5 1,5 12,0 69 16,5 13,0 7,0 9,0 2,5 11,0 70 17,5 12,0 7,0 10,0 3,5 10,0 71 17,0 10,0 4,0 6,5 0,5 10,0 14
  15. 72 17,5 11,0 4,5 7,5 1,0 12,0 73 18,0 12,0 5,0 8,5 1,5 14,0 74 18,5 13,0 5,5 9,5 2,0 16,0 75 19,0 14,0 6,0 10,5 2,5 17,0 76 19,5 13,0 5,0 11,5 3,0 15,0 77 20,0 12,0 4,0 12,0 3,5 13,0 78 20,5 11,0 3,5 11,0 3,5 11,0 79 21,0 10,0 4,0 10,0 3,0 10,5 80 21,5 10,5 6,0 9,0 2,0 11,5 81 22,0 11,5 5,0 8,0 1,0 12,5 82 23,0 12,5 4,0 7,0 1,5 13,5 83 23,5 14,0 5,0 8,0 2,5 15,5 84 24,0 13,0 6,0 9,0 3,0 16,0 85 24,5 12,0 7,0 10,0 4,0 17,5 86 C 25,0 11,0 7,5 11,0 5,0 18,0 87 25,5 10,0 7,5 12,0 5,0 17,0 88 24,0 10,0 7,0 11,5 4,5 16,0 89 23,0 12,0 6,0 10,5 4,0 15,0 90 22,0 14,0 5,0 9,5 4,0 14,0 91 21,0 12,0 4,0 8,5 5,0 13,0 92 21,5 12,5 5,5 9,0 4,5 12,0 93 22,5 13,5 6,5 10,0 3,5 11,0 94 22,0 14,0 7,5 11,0 2,5 11,5 95 23,0 14,5 6,5 12,5 2,0 12,5 96 23,5 12,5 6,0 12,0 3,0 13,5 97 23,0 12,0 5,5 11,5 4,0 14,5 98 24,0 11,0 5,0 10,5 4,5 15,5 99 23,5 10,5 5,5 9,5 5,0 16,5 100 22,0 10,0 6,0 8,5 5,5 17,5 15
  16. ĐỒ ÁN SỐ 2 - THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒ ÁN SỐ 3 - THIẾT KẾ CỐNG NGẦM A - TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I. Nhiệm vụ công trình. Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau: 1. Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác. 2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân. 3. Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, 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 của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5 ÷ 1m. 3. Vật liệu xây dựng. a. Đất: Xung quanh vị trí đập có các 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). Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở 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 0 3 đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lý: ϕ = 32 ; n = 0,35 (của đống đá); γk = 2,5 T/m 16
  17. (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. Bảng 1- Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập 2 Chỉ tiêu H ϕ (độ) C (T/m ) Độ γ S k k ẩm Tự Bão Tự Bão (T/m3 rỗng (m/s) W% nhiên hoà nhiên hoà ) Loại n Đất đắp đập (chế bị) 0, 1,6 10- 20 23 20 3,0 2,4 35 2 5 Sét (chế 0, 1,5 4.1 22 17 13 5,0 3,0 bị) 42 8 0-9 0, 1,6 10- Cát 18 30 27 0 0 40 0 4 0, 1,5 10- Đất nền 24 26 22 1,0 0,7 39 9 6 Bảng 2- Cấp phối của các vật liệu đắp đập d (mm) Loại d10 d50 d60 Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08 Cát 0,05 0,35 0,40 Sỏi 0,50 3,00 5,00 4. Đặc trưng hồ chứa: - Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3. Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m; MNLKT = MNLTK + 0,5m - 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 17
  18. - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D (bảng 3): ứng với MNLTK: D' = D + 0,3km. - Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua. 5. Tài liệu thiết kế cống: - Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT và MNC (Qtk): bảng 3. - Mực nước khống chế đầu kênh tưới: bảng 3. - Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; độ dốc đáy: i = (3 ÷ 5) × 10-4. B – NỘI DUNG THIẾT KẾ: I. Đập đất. 1. 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. 2. 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. II. Cống ngầm: 1. Thuyết minh: - Phân tích chọn loại cống và vị trí đặt cống; 18
  19. - Tính toán thuỷ lực xác định các kích thước cơ bản của cống; - Chọn cấu tạo các bộ phận cống; - Phân tích lực để tính toán kết cấu thân cống. 2. Bản vẽ: - Cắt dọc, cắt ngang cống; - Mặt bằng; - Chính diện thượng, hạ lưu; - Các cấu tạo chi tiết. Bảng 3 - Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm Mực nước hạ Q cống lưu Đặc trưng hồ chứa Mực (m3/s) nước Đ S (m) đầu ề ơ M D MN kênh số đồ NC Bìn Khi Khi DBT Ma h MNC MNDB (km x (m) (m thường (Q ) T ) (m) tk ) ( ( (3) (4 (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1) 2) ) 10 1 4,0 ,0 30,0 7,0 8,5 3,2 2,8 9,80 12 11,7 2 4,5 ,0 32,5 7,5 9,8 3,6 3,0 7 15 10, 14,7 3 5,0 ,0 35,0 8,0 0 3,4 3,0 8 20 11, 19,8 4 4,0 ,0 37,5 8,5 0 3,8 3,2 0 23 11, 22,8 5 3,0 ,0 40,0 9,0 5 4,0 3,5 2 A 11 11, 10,8 6 2,0 ,0 42,0 9,5 7 3,0 2,6 3 13 10, 12, 12,8 7 1,5 ,0 31,0 0 5 3,5 3,0 0 14 10, 12, 13,7 8 2,5 ,0 36,0 5 7 3,3 3,0 9 9 3,5 17 41,0 11, 13, 3,1 2,7 16,7 19
  20. ,0 0 2 8 1 19 11, 13, 18,7 0 3,0 ,0 32,0 5 8 3,7 3,2 7 1 21 12, 14, 20,8 1 3,2 ,0 37,0 0 3 3,9 3,5 0 1 16 12, 14, 15,8 2 2,8 ,0 33,0 5 7 3,4 2,8 2 1 59 57, 59, 58,8 3 3,0 ,0 76,0 3 5 3,1 2,5 0 1 61 58, 60, 61,3 4 3,2 ,5 74,0 2 0 3,3 2,7 2 1 64 59, 62, 63,8 5 3,4 ,0 82,0 5 0 3,5 2,8 2 1 67 61, 63, 67,3 6 3,6 ,5 86,0 4 4 3,7 3,0 0 1 69 62, 64, 69,3 7 3,8 ,5 89,0 5 5 3,9 3,3 3 1 B 65 62, 64, 65,2 8 2,8 ,5 87,5 0 5 4,1 3,5 5 1 60 60, 62, 59,8 9 2,6 ,0 77,0 5 8 4,3 3,8 2 2 62 61, 63, 61,7 0 2,4 ,0 78,0 5 7 4,5 3,9 8 2 64 58, 60, 64,2 1 2,2 ,5 80,0 0 3 4,6 4,0 7 2 66 59, 61, 65,7 2 2,0 ,0 82,0 0 4 4,4 4,0 6 2 68 60, 62, 67,7 3 1,8 ,0 84,0 0 2 4,2 3,8 5 2 67 61, 63, 60,7 4 1,6 ,0 85,5 0 0 4,0 3,5 0 Bảng 3 - Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm (tiếp) ( ( (3) (4 (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1) 2) ) 2 11 143, 107 110, 110,7 5 4,0 1,0 0 ,5 0 4,1 3,5 8 2 11 137, 109 144, 117,2 6 3,5 7,5 0 ,5 5 4,3 3,7 5 2 11 140, 110 111, 119,2 7 3,0 9,5 0 ,5 5 4,5 3,9 5 2 12 143, 111 116, 120,2 8 2,5 1,0 0 ,5 7 4,7 4,1 5 2 12 146, 112 114, 123,2 9 2,0 3,5 0 ,0 2 4,9 4,3 6 20
  21. 3 C 11 144, 108 112, 115,3 0 1,5 5,5 0 ,5 5 5,1 4,5 0 3 11 142, 109 110, 111,2 1 1,8 1,5 0 ,0 5 5,0 4,5 8 3 11 140, 110 112, 112,2 2 2,5 2,5 5 ,0 0 4,8 4,4 7 3 11 139, 111 113, 113,2 3 3,0 3,5 5 ,0 5 4,6 4,3 9 3 11 138, 111 114, 114,3 4 3,2 4,5 5 ,5 0 4,4 4,0 0 3 11 137, 112 114, 115,3 5 3,4 5,5 5 ,0 5 4,2 3,8 1 3 11 135, 108 110, 116,2 6 2,8 6,5 0 ,0 5 4,5 3,9 7 3 85 103, 81, 7 3,0 ,0 0 0 84,0 4,0 3,1 84,77 3 88 106, 84, 8 5,0 ,5 0 5 86,5 4,2 3,3 88,26 3 91 109, 87, 9 4,0 ,0 0 5 89,5 4,4 3,5 90,78 4 95 113, 90, 0 3,5 ,5 0 0 92,5 4,6 3,7 95,29 4 97 117, 92, 1 3,0 ,5 0 0 94,5 4,8 3,9 97,28 4 D 93 111, 88, 2 2,0 ,0 0 0 90,5 5,0 4,1 92,75 4 92 112, 87, 3 1,5 ,0 0 0 89,5 4,9 4,5 91,76 4 90 110, 86, 4 2,0 ,0 0 0 89,0 4,7 4,2 89,77 4 88 108, 85, 5 2,2 ,0 0 0 87,0 4,5 4,0 87,78 4 86 106, 84, 6 2,4 ,0 0 0 87,0 4,3 4,0 85,79 4 84 104, 83, 7 2,6 ,5 0 0 86,0 4,1 3,5 84,30 4 89 108, 82, 8 2,8 ,5 0 0 85,0 4,7 3,9 89,30 4 10 9 2,8 ,0 30,0 7,0 8,6 3,1 3,0 9,70 5 10 0 3,0 ,2 30,2 7,2 8,8 3,2 3,0 9,90 5 10 1 3,2 ,4 30,5 7,4 9,0 3,3 3,0 10,15 5 10 2 3,4 ,6 30,7 7,6 9,2 3,4 3,1 10,35 21
  22. 5 10 3 3,6 ,8 30,9 7,8 9,4 3,5 3,2 10,50 5 11 4 3,5 ,0 31,0 8,0 9,5 3,6 3,3 10,70 5 11 5 3,3 ,2 31,2 7,9 9,3 3,8 3,4 10,90 Bảng 3 - Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm (tiếp) ( ( (3) (4 (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1) 2) ) 5 11 6 3,1 ,4 31,4 7,7 9,2 4,0 3,5 11,05 5 11 7 3,0 ,6 31,6 7,5 9,1 3,9 3,4 11,25 5 11 8 2,9 ,8 31,8 7,3 9,0 3,7 3,3 11,50 5 12 9 2,8 ,0 32,0 7,1 8,9 3,6 3,2 11,70 6 12 0 2,7 ,2 32,2 6,9 8,8 3,5 3,1 11,90 6 12 1 2,6 ,4 32,5 6,7 8,7 3,3 3,0 12,05 6 60 57, 2,4 74,5 59,0 3,5 3,2 59,60 2 ,0 5 6 60 57, 2,3 75,0 59,2 3,6 3,3 60.10 3 ,5 7 6 60 57, 2,2 75,5 59,4 3,7 3,4 60,20 4 ,6 9 6 60 58, 2,1 76,0 59,6 3,8 3,5 60,35 5 ,7 0 6 60 57, 2,0 76,5 58,5 3,9 3,6 60,50 6 ,8 8 6 61 57, B 1,8 77,0 59,0 3,8 3,6 60,70 7 ,0 6 6 61 57, 1,7 76,8 59,0 3,6 3,4 60,90 8 ,2 4 6 61 57, 1,6 76,6 58,8 3,4 3,2 61.10 9 ,4 2 7 61 57, 1,5 76,4 58,7 3,2 3,0 61,30 0 ,6 0 7 61 56, 1,6 76,2 58,5 3,5 3,1 61,50 1 ,8 8 7 62 56, 1,8 76,0 57,0 4,0 3,7 61,60 2 ,0 6 7 61 56, 2,0 76,5 57,2 3,9 3,5 61,15 3 ,5 4 7 2,2 61 75,5 56, 58,5 3,8 3,4 59,70 22
  23. 4 ,0 8 7 11 133, 107 109, 111.1 1,5 3,8 3,3 5 1,5 5 ,5 5 0 7 11 134, 107 109, 111,6 1,6 4,0 3,5 6 2,0 0 ,3 3 0 7 11 135, 107 109, 112,5 1,7 4,1 3,6 7 2,5 0 ,1 0 0 7 11 136, 106 108, 112,7 1,8 3,9 3,5 8 3,0 0 ,9 0 0 7 11 137, 107 108, 113,6 1,9 3,7 3,4 9 4,0 0 ,0 2 5 8 11 138, 107 108, 114,6 C 2,0 3,5 3,1 0 5,0 0 ,2 4 0 8 11 137, 107 108, 115,6 2,1 3,3 3,0 1 6,0 5 ,4 4 5 8 11 136, 107 108, 116,6 2,2 3,1 2,8 2 7,0 5 ,6 2 0 Bảng 3 - Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm (tiếp) ( ( (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1) 2) 8 11 135, 10 109, 117, 2,4 3,2 2,9 3 7,5 5 7,8 5 20 8 11 134, 10 109, 116, 2,6 3,4 3,0 4 6,5 5 8,0 0 20 8 11 133, 10 109, 115, 2,8 3,6 3,2 5 5,5 5 8,1 0 15 8 11 134, 10 109, 114, 3,0 3,8 3,4 6 4,5 0 7,9 2 15 8 11 135, 10 108, 113, 2,5 4,0 3,6 7 3,5 0 7,7 8 20 8 85, 102, 81, 84,6 2,4 83,5 3,9 3,6 8 0 5 5 0 8 85, 103, 82, 85,1 2,3 84,0 3,8 3,5 9 5 5 0 5 9 86, 104, 82, 85,6 2,2 84,5 3,7 3,2 0 0 5 5 0 9 86, 105, 83, 86.1 2,1 84,5 3,6 3,1 1 5 5 0 0 9 87, 106, 83, 86,7 2,0 85,0 3,5 3,0 2 0 5 5 0 9 87, 107, 84, 87,2 D 1,8 85,5 3,4 3,0 3 5 5 0 0 23
  24. 9 88, 108, 84, 87,7 1,6 86,0 3,6 3,2 4 0 5 5 0 9 88, 109, 84, 88.1 1,4 86,0 3,8 3,4 5 5 5 3 0 9 89, 109, 84, 88,6 1,5 85,8 4,0 3,6 6 0 0 1 5 9 87, 108, 84, 87,0 1,7 85,9 3,9 3,5 7 3 0 0 0 9 86, 107, 83, 86,0 1,9 85,5 3,7 3,4 8 3 0 8 0 9 85, 106, 83, 85,0 2,1 85,5 3,5 3,3 9 3 0 6 0 1 85, 105, 83, 84,7 2,3 85,5 3,3 3,0 00 1 0 4 5 24
  25. 25 §Çu ®Ò a mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2500 Tû lÖ §øng 1:500
  26. 27 §Çu ®Ò b mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2500 Tû lÖ §øng 1:500
  27. 28 §Çu ®Ò c mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2500 Tû lÖ §øng 1:500
  28. 29 §Çu ®Ò d mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2500 Tû lÖ §øng 1:500
  29. ĐỒ ÁN SỐ 4: THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC A. TÀI LIỆU: Theo quy hoạch trị thuỷ và khai thác sông C, tại vị trí X phải xây dựng một cụm công trình đầu mối Thuỷ lợi với nhiệm vụ phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ du, điều tiết nước phục vụ tưới, cấp nước sinh hoạt và giao thông trong mùa kiệt. I. Nhiệm vụ công trình: 1. Nhiệm vụ chính là phát điện. Trạm thuỷ điện có công suất N = 120,000Kw. 2. Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hưởng mà công trình có thể phát huy là 250,000 ha; 3. Tăng mực nước và lưu lượng sông trong mùa kiệt để có thể tưới cho 150,000 ha ruộng đất và phục vụ giao thông thuỷ, tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho 1,000,000 người. II. Địa hình, địa chất, thuỷ văn: 1. Bình đồ khu đầu mối công trình, Tỷ lệ 1/2000: Tuyến đã được xác định và sơ bộ bố trí các hạng mục công trình đầu mối như sau: - Đập bê tông trọng lực dâng nước, có đoạn tràn nước; - Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lưu đập về phía bờ trái, nước qua turbin sẽ được trả lại sông để cấp nước cho hạ du. Có 4 đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện. - Công trình nâng tàu (âu tàu) bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thuỷ điện. 2. Địa chất khu vực công trình. a. Nền tuyến đập: Nền sa thạch phân lớp, trên mặt có phủ một lớp đất thịt dày từ 3 đến 5m. Đá gốc có độ phong hoá, nứt nẻ trung bình. b. Tài liệu ép nước thí nghiệm tại tuyến đập: Độ sâu (mét): 10 15 20 Độ mất nước (l/ph): 0,05 0,03 0,01 c. Chỉ tiêu cơ lý của đá nền: 30
  30. - Hệ số ma sát: f = 0,65; 2 - Các đặc trưng chống cắt: f0 = 0,63; c = 2kG/cm ; - Cường độ chịu nén giới hạn: R = 1600 kG/cm2. 3. Vật liệu xây dựng. Tại khu vực này đất thịt hiếm, cát và đá có trữ lượng lớn, khai thác ngay ở hạ lưu đập, chất lượng đảm bảo tiêu chuẩn dùng làm vật liệu bê tông; gỗ, tre có trữ lượng lớn, tập trung ở thượng lưu. 4. Tài liệu thuỷ văn: - Cao trình bùn cát lắng đọng (sau thời hạn phục vụ của công trình): Đầu đề I II III IV Cao trình bùn cát 40,0 138,0 240,0 337,0 (m) 3 0 - Chỉ tiêu cơ lý của bùn cát: n = 0,45; γk = 1,15 T/m ; ϕbh = 11 - Lưu lượng tháo lũ ( Qtháo) và cột nước siêu cao trên mực nước dâng bình thường (Ht) cho ở bảng 4: Bảng 4 Tần suất P% 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0 3 Qtháo (m /s) 1330 1230 1190 1120 1080 Ht (m) 5,5 5,1 4,8 4,3 4,0 - Đường quan hệ Q ∼ Z ở hạ lưu tuyến đập: Bảng 5 Z Đầu đề I Đầu đề II Đầu đề III Đầu đề IV (m) Q (m3/s) 300 33,5 133,4 233,5 333,4 500 34,4 134,4 234,4 334,3 700 35,2 135,2 235,2 335,2 900 35,8 135,8 235,8 335,8 1000 36,1 136,2 236,1 336,2 31
  31. 1100 36,4 136,4 236,4 336,5 1200 36,6 136,6 236,6 336,7 1550 37,0 137,5 237,3 337,4 5. Tài liệu về thuỷ năng: - Trạm thuỷ điện có 4 tổ máy. - Mực nước dâng bình thường (MNDBT), mực nước chết (MNC), lưu lượng qua 1 tổ máy (QTM) cho trong bảng 6 (mỗi học sinh chép 1 số liệu về MNDBT, MNC và QTM do giáo viên hướng dẫn phân); Bảng 6 - Tài liệu thuỷ năng Đ Đ MN MN QT Đ Đ MN M QT ề ầu DBT C (m) M ề ầu DBT NC M số bài (m) (m3/s) số bài (m) (m) (m3/s) 1 90,0 45, 110 3 189, 145 124 0 7 1 ,2 2 90,5 45, 112 3 189, 145 122 5 8 3 ,0 3 91,0 46, 114 3 189, 145 120 0 9 5 ,7 4 89,5 46, 116 4 189, 145 118 5 0 7 ,4 5 90,0 46, 118 4 189, 145 116 3 1 9 ,3 6 90,2 46, 120 4 190, 145 114 1 2 0 ,1 7 90,4 45, 125 4 I 189, 145 112 9 3 I 8 ,9 8 90,6 45, 130 4 189, 146 110 7 4 5 ,2 9 90,8 45, 128 4 189, 146 115 5 5 3 ,4 1 97,0 45, 126 4 189, 145 120 0 3 6 6 ,8 1 89,1 45, 124 4 189, 145 125 1 1 7 8 ,1 1 I 89,3 45, 122 4 189, 145 112 2 8 8 4 ,6 32
  32. Đ Đ MN MN QT Đ Đ MN M QT ề ầu DBT C (m) M ề ầu DBT NC M số bài (m) (m3/s) số bài (m) (m) (m3/s) 1 89,5 45, 120 4 190, 146 117 3 6 9 0 ,5 1 89,7 45, 118 5 189, 145 122 4 4 0 5 ,5 1 89,9 45, 116 5 290, 146 110 5 2 1 0 ,0 1 89,0 45, 114 5 290, 146 115 6 0 2 5 ,5 1 90,0 46, 112 5 291, 145 120 7 0 3 0 ,5 1 90,3 46, 110 5 289, 145 125 8 2 4 0 ,0 1 90,5 46, 113 5 289, 145 130 9 4 5 2 ,2 2 90,7 46, 115 5 289, 145 128 0 6 6 4 ,4 2 91,0 46, 117 5 289, 145 126 1 5 7 6 ,6 2 89,2 46, 119 5 289, 145 124 2 3 8 8 ,8 2 89,4 46, 121 5 290, 146 122 3 1 9 0 ,0 2 89,6 46, 123 6 I 290, 146 120 4 0 0 II 2 ,2 2 89,8 45, 125 6 290, 146 118 5 9 1 4 ,4 2 189, 145 110 6 290, 145 116 6 0 ,0 2 6 ,1 2 189, 145 111 6 290, 145 114 7 2 ,5 3 8 ,3 2 189, 146 113 6 291, 145 112 8 4 ,0 4 0 ,5 2 189, 145 115 6 289, 145 110 9 6 ,9 5 1 ,7 3 189, 145 117 6 291, 145 129 0 8 ,7 6 3 ,9 3 II 190, 145 119 6 289, 146 127 1 0 ,5 7 3 ,1 3 190, 145 121 6 289, 146 125 33
  33. 2 2 ,3 8 5 ,3 3 190, 145 123 6 289, 146 123 3 4 ,1 9 7 ,5 3 190, 145 125 7 289, 145 121 4 6 ,8 0 9 ,0 3 190, 145 127 7 290, 145 119 5 8 ,6 1 1 ,5 3 191, 145 126 7 290, 146 117 6 0 ,4 2 3 ,0 Đ Đ MN MN QT Đ Đ MN M QT ề ầu DBT C (m) M ề ầu DBT NC M số bài (m) (m3/s) số bài (m) (m) (m3/s) 7 290, 146 8 389, 345 115 123 3 5 ,5 7 9 ,1 7 II 290, 145 8 390, 345 113 121 4 I 7 ,7 8 1 ,3 7 290, 145 8 390, 345 111 119 5 9 ,3 9 3 ,5 7 390, 345 9 390, 345 108 117 6 0 ,5 0 5 ,7 7 390, 345 9 390, 345 110 115 7 2 ,7 1 7 ,9 7 390, 345 9 I 390, 346 112 113 8 4 ,9 2 V 9 ,1 7 390, 346 9 389, 346 114 111 9 6 ,1 3 0 ,0 8 390, 346 9 389, 346 116 109 0 8 ,0 4 2 ,4 8 I 391, 345 9 389, 346 118 110 1 V 0 ,8 5 4 ,6 8 389, 345 9 389, 346 120 115 2 0 ,6 6 6 ,8 8 389, 345 9 389, 346 122 120 3 1 ,4 7 8 ,2 8 389, 345 9 390, 346 124 125 4 3 ,2 8 0 ,0 8 389, 345 9 389, 345 126 123 5 5 ,0 9 5 ,5 8 389, 344 1 390, 345 125 121 6 7 ,8 00 5 ,0 6. Các tài liệu khác. 34
  34. - Tốc độ gió ứng với tần suất P(%): Tần suất P% 2 3 5 20 30 50 V (m/s) 36 34 30 22 20 18 - Chiều dài chuyển sóng D = 6 km (ứng với MNDBT) D' = 6,5 km (ứng với MNDGC). - Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 8. - Đỉnh đập không có giao thông chính đi qua. B. YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ. 1. Yêu cầu: - Hiểu được cách bố trí đầu mối thuỷ lợi và lý do chọn phương án đập bê tông; - Nắm được các bước thiết kế đập bê tông trọng lực tràn nước và không tràn nước (trong giai đoạn thiết kế sơ bộ). 2. Nhiệm vụ: - Bố trí phần đập tràn, không tràn trên tuyến đã chọn; - Xác định mặt cắt cơ bản đập; - Xác định mặt cắt thực dụng cho phần đập không tràn, đập tràn (bao gồm cả tính toán tiêu năng); - Kiểm tra ổn định mặt cắt đập không tràn; - Phân tích ứng suất mặt cắt đập không tràn; - Chọn cấu tạo các bộ phận: Thoát nước ở thân và nền đập, chống thấm ở nền, xử lý nền, bố trí hệ thống hành lang trong đập. - Đồ án gồm một bản thuyết minh và 1 đến 2 bản vẽ khổ A1, trên đó thẻ hiện: + Bình đồ bố trí đập và các công trình lân cận; 35
  35. + Chính diện thượng lưu; + Chính diện hạ lưu; + 1 mặt cắt qua phần đập không tràn; + 1 mặt cắt qua phần đập tràn; + Các chi tiết: cấu tạo khớp nối, hành lang, đỉnh đập. Bản vẽ phải theo đúng các quy định về bản vẽ kỹ thuật. 36
  36. 38 §Çu ®Ò i mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2000 Tû lÖ §øng 1:500
  37. 40 §Çu ®Ò II mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2000 Tû lÖ §øng 1:500
  38. 42 §Çu ®Ò III mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2000 §øng 1:500
  39. 44 §Çu ®Ò IV mÆt c¾t ®Þa chÊt tuyÕn ®Ëp NGang 1:2000 §øng 1:500
  40. ĐỒ ÁN SỐ 5: THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN A. TÀI LIỆU I. Cống A. 1. Nhiệm vụ: Cống A xây dựng ven sông X để: - Lấy nước tưới cho 60,000 ha ruộng; - Ngăn nước sông vào đồng khi có lũ; - Kết hợp tuyến đường giao thông với loại xe 8-10 tấn đi qua. 2. Các lưu lượng và mực nước thiết kế (bảng A) Bảng A - Lưu lượng và các mực nước cống A 1Trường Lấy nước Chống lũ hợp m Chỉ tiêu Qlấy Zđầu Zsông Zsông Zsông Zđồng max min max ax min kênh (m) (m) (m) (m) (m) Đề số (m3/s) 1 100 3,50 3,70 7,50 8,60 2,50 2 105 3,45 3,62 7,70 8,40 2,60 3 110 3,52 3,75 7,90 8,20 2,70 4 115 3,60 3,80 7,80 8,30 2,80 5 120 3,45 3,70 7,60 8,50 2,50 6 125 3,40 3,65 7,40 8,70 2,60 7 80 3,43 3,68 7,20 8,60 2,70 8 85 3,47 3,70 7,50 8,40 2,80 9 90 3,30 3,55 7,60 8,50 2,40 10 93 3,32 3,50 7,40 8,60 2,50 11 102 3,35 3,58 7,50 8,70 2,60 12 107 3,38 3,60 7,80 8,80 2,70 13 95 3,41 3,62 7,40 8,60 2,80 14 97 3,42 3,65 7,70 8,30 2,40 15 118 3,45 3,70 7,60 8,50 2,60 16 80 3,40 3,65 7,20 8,25 2,40 17 82 3,40 3,60 7,25 8,50 2,42 18 84 3,42 3,65 7,30 8,40 2,44 19 86 3,44 3,70 7,35 8,30 2,46 20 88 3,46 3,70 7,40 8,20 2,48 45
  41. 21 90 3,48 3,72 7,45 8.10 2,50 22 92 3,50 3,75 7,50 8,50 2,52 23 94 3,45 3,72 7,55 8,15 2,54 24 96 3,40 3,70 7,60 8,25 2,56 25 98 3,35 3,63 7,75 8,35 2,58 26 110 3,30 3,62 7,65 8,45 2,60 27 112 3,31 3,61 7,55 8,55 2,62 28 114 3,33 3,60 7,50 8,65 2,64 29 116 3,35 3,58 7,40 8,75 2,66 30 118 3,37 3,66 7,30 8,80 2,68 31 120 3,39 3,68 7,20 8,70 2,70 32 115 3,41 3,70 7,85 8,90 2,50 33 110 3,43 3,72 7,80 8,85 2,60 34 105 3,45 3,73 7,70 8,75 2,40 3. Tài liệu về kênh hạ lưu: Z đáy kênh = 0,00; Độ dốc mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; Độ dốc đáy i = 2 . 10-4. 4. Tài liệu về gió: Tần suất 2 3 5 20 30 50 P% V (m/s) 28,0 26,0 22,0 18,0 16,0 14,0 5. Chiều dài truyền sóng: Trường hợp Z sông bình thường Z sông max D (m) 200 300 6. Tài liệu địa chất: - Đất thịt cao độ +3,5 đến 0,5; - Đất cát pha từ +0,5 đến -10,0; - Đất sét từ -10,0 đến -30,0. Chỉ tiêu cơ lý xem bảng D. 46
  42. 7. Thời gian thi công: 2 năm. II. Cống B. 1. Nhiệm vụ: cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt. Diện tích tiêu: 30,000 ha. Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông có loại xe 8-10 tấn đi qua. 2. Các lưu lượng và mực nước thiết kế (bảng B). 3. Tài liệu về kênh tiêu: - Z đáy kênh = -1,00m; - Độ dốc mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; - Độ dốc đáy i = 10-4. 4. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng: Giống như cống A. 5. Tài liệu địa chất: - Đất thịt từ cao độ +1,00 đến -1,00; - Đất cát pha từ -1,00 đến -20,00; - Đất sét từ -20,00 đến -40,00. Chỉ tiêu cơ lý xem bảng D. 6. Thời gian thi công: 2 năm. Bảng B - Lưu lượng và các mực nước cống B Trường Tiêu nước Ngăn triều hợp khống T mi ma Chỉ tiêu Qtiêu Zđồng Zsông Zsông Zsông Zđồng max chế K n x min (m) (m) (m) (m) (m) 47
  43. Đề số (m3/s) 35 50 3,50 3,32 0,00 6,00 1,00 36 55 3,52 3,38 0.10 6,20 0,95 37 60 3,54 3,36 0,20 6,40 0,90 38 65 3,56 3,38 0,30 6,80 0,85 39 70 3,58 3,42 -0.10 7,00 0,80 40 75 3,60 3,45 -0,05 6,90 0,75 41 80 3,62 3,43 -0,15 6,70 0,70 42 85 3,64 3,47 0,00 6,50 0,82 43 90 3,66 3,49 0,25 6,30 0,92 44 95 3,68 3,50 0,15 6.10 1,02 45 57 3,70 3,54 0,05 6,15 0,07 46 67 3,72 3,55 0,02 6,25 1.10 47 77 3,74 3,58 0.10 6,35 1,12 48 88 3,76 3,58 0,15 6,45 1,18 49 82 3,78 3,62 0,20 6,55 1,20 50 52 3,50 3,30 0,00 6.10 0,50 51 54 3,51 3,30 0,15 6,15 0,60 52 56 3,53 3,32 0,25 6,20 0,70 53 58 3,55 3,33 0,35 6,25 0,80 54 60 3,57 3,35 0,30 6,30 0,90 Trường Tiêu nước Ngăn triều hợp khống T mi ma Chỉ tiêu Qtiêu Zđồng Zsông Zsông Zsông Zđồng max chế K n x min (m) (m) (m) (m) (m) Đề số (m3/s) 55 62 3,59 3,38 0,25 6,35 1,00 56 64 3,61 3,40 0,20 6,40 1.10 57 66 3,63 3,42 0,15 6,45 1,20 58 68 3,65 3,43 0.10 6,50 1,15 59 70 3,67 3,45 0,05 6,55 1,05 60 72 3,69 3,47 0,00 6,60 0,95 61 74 3,71 3,49 -0,05 6,65 0,85 62 76 3,73 3,51 -0.10 6,70 0,75 63 78 3,75 3,52 -0,15 6,75 0,65 64 80 3,77 3,56 -0.10 6,80 0,55 65 82 3,80 3,58 -0,05 6,85 0,80 66 84 3,70 3,49 0,00 6,60 0,90 67 86 3,60 3,38 0.10 6,20 1,00 48
  44. III. Cống C. 1. Nhiệm vụ: cống C xây dựng ven sông Z để làm nhiệm vụ dâng nước tưới cho 35,000 ha ruộng, tiêu nước cho khu vực trên và ngăn lũ từ sông vào. Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông có xe 8 - 10 tấn đi qua. 2. Các mực nước và lưu lượng tiêu: bảng C. 3. Tài liệu về kênh tiêu: -4 -5 Zđáy kênh = +1,00; Độ dốc đáy i = 10 ÷ 10 ; Độ dốc mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025. 4. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng: Giống như cống A. 5. Tài liệu địa chất: - Đất thịt từ cao độ +2,5 đến 1,0; - Đất cát pha từ +1,0 đến -15,0; - Đất sét từ -15,0 đến -35,0. Các chỉ tiêu cơ lý xem bảng D. 6. Thời gian thi công: 2 năm. Bảng C - Lưu lượng và các mực nước cống C Trường Tiêu Ngăn lũ hợp m m m Chỉ Qtiêu Zđồng Zsông Zđồng Zsông Zsông Zđồn ax 3 in TK ax min max min tiêu (m /s) (m) (m) (m) (m) g (m) Đề số 68 80 5.10 4,95 6,50 3,00 6,00 2,00 69 90 5,15 5,00 6,60 3,05 6.10 2,20 70 100 5,20 5,02 6,70 3.10 6,15 2,40 71 110 5,25 5,08 6,80 3,15 6,20 2,60 72 120 5,30 5,14 6,90 3,20 6,25 2,80 73 85 5,35 5,18 7,00 3,25 6,30 3,00 49
  45. 74 95 5,40 5,22 7.10 3,30 6,40 2.10 75 105 5,45 5,25 7,20 3,35 6,45 2,30 76 115 5,50 5,32 7,15 3,40 6,50 2,50 77 125 5,57 5,40 7,05 3,45 6,55 2,70 78 82 5,58 5,42 6,95 3,50 6,60 2,90 79 92 5.10 4,92 6,85 3,55 6,32 2,15 80 102 5,19 5,00 6,75 3,60 6,42 2,25 81 112 5,32 5,15 6,65 3,65 6,52 2,35 82 122 5,45 5,27 6,55 3,70 6,22 2,45 Trường Tiêu Ngăn lũ hợp m m m Chỉ Qtiêu Zđồng Zsông Zđồng Zsông Zsông Zđồn ax 3 in TK ax min max min tiêu (m /s) (m) (m) (m) (m) g (m) Đề số 83 80 5.10 4,90 6,50 3,00 6,20 2,05 84 82 5,20 5,18 6,55 3.10 6,25 2,15 85 84 5,30 5,11 6,60 3,20 6,30 2,25 86 86 5,40 5,22 6,65 3,30 6,35 2,35 87 88 5,50 5,30 6,75 3,40 6,40 2,45 88 90 5,60 5,40 6,85 3,50 6,45 2,55 89 92 5,70 5,50 6,95 3,60 6,50 2,65 90 94 5,65 5,40 7,05 3,70 6,55 2,75 91 96 5,55 5,30 6,80 3,65 6,60 2,85 92 98 5,45 5,25 6,70 3,55 6,52 2,90 93 100 5,35 5,15 6,60 3,45 6,42 2,80 94 102 5,25 5,05 6,50 3,35 6,32 2,70 95 104 5,15 4,95 7,15 3,25 6,22 2,60 96 106 5,20 5,00 7,20 3,15 6,15 2,50 97 108 5,22 5,00 7,05 3,05 6,20 2,40 98 110 5,32 5.10 7.10 3,50 6,30 2,30 99 105 5,42 5,20 7,15 3,70 6,40 2,20 100 120 5,52 5,30 7.10 3,30 6,50 2.10 50
  46. Bảng D - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống Loại đất Thịt Cát pha Sét Chỉ tiêu 3 γk (T/m ) 1,47 1,52 1,41 3 γtn (T/m ) 1,70 1,75 1,69 Độ rỗng n 0,40 0,38 0,45 0 0 0 ϕtn (độ) 19 23 12 0 0 0 ϕbh (độ) 16 18 10 2 Ctn (T/m ) 1,50 0,50 3,50 2 Cbh (T/m ) 1,00 0,30 2,50 -7 -6 -8 Kt (m/s) 4 . 10 2 . 10 1 . 10 Hệ số rỗng e 0,67 0,61 0,82 Hệ số nén a (m2/N) 2,2 2,0 2,3 Hệ số không đều η 8 9 7 B. YÊU CẦU ĐỒ ÁN: 1. Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 2. Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng. 3. Chọn cấu tạo các bộ phận cống. 4. Tính toán thấm và ổn định cống. 5. Chuyên đề: tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. 6. Bản vẽ: 1 - 2 bản khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng, hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết. 51
  47. PHẦN II - HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN SỐ 1: TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM §1-1. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH. I. Xác định các yếu tố của sóng. Có nhiều công thức khác nhau để xác định các đặc trưng của sóng. Ở đây trình bày cách tính theo qui phạm hiện hành QPTL C1-78, theo đó có thể xác định được các yếu tố của sóng trung bình ( h , τ , λ ) và sóng có mức bảo đảm P% (theo đề ra, ở đây P = 1%). 1. Các yếu tố của sóng trung bình. ⎛ λ ⎞ ⎛ λ ⎞ C ần phân biệt hai trường hợp: sóng nước sâu ⎜ H1 > ⎟ và sóng nước nông ⎜ H1 ≤ ⎟ . ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ Vì ban đầu chưa biết λ nên có thể giả thiết là sóng nước sâu để tính. a. Trường hợp sóng nước sâu: Sử dụng đồ thị hình P2-1 (phụ lục 2). gt gD - Tính các giá trị không thứ nguyên và . Trong đó: g - gia tốc trọng trường (m/s2); V V 2 t - thời gian gió thổi liên tục (giây); V - vận tốc gió tính toán (m/s); D - chiều dài truyền sóng (mét). Tra đồ thị hình P2-1, ứng với đường bao trên cùng xác định được cặp trị số không thứ gτ gh gt nguyên và lấy theo cặp giá trị nhỏ trong số 2 cặp giá trị tra được ứng với và V V 2 V gD ; từ đó xác định được chiều cao sóng trung bình và chu kỳ sóng trung bình τ . V 2 - Bước sóng trung bình xác định theo công thức: (1-1) 2 gτ λ = (1-1) 2π T ừ đó kiểm tra được điều kiện sóng nước sâu đã giả thiết ban đầu. b. Trường hợp sóng nước nông. 52
  48. Khi độ dốc đáy nhỏ hơn hoặc bằng 0,001: trị số h và τ cũng được xác định từ đồ thị hình gD gH1 P2-1, theo các đại lượng không thứ nguyên và (H1: độ sâu trong hồ), theo V 2 V 2 phương pháp đã nêu ở trên. - Khi độ dốc đáy lớn hơn hoặc bằng 0,002 có thể tham khảo các công thức trong QPTL C1-78, theo đề ra trường hợp này ở đây không xảy ra nên trong hướng dẫn không trình bày chi tiết. 2. Chiều cao sóng với mức bảo đảm i%: xác định theo công thức: hi% = ki% h (1-2) Trong đó ki% tra theo đồ thị hình P2-2 (phụ lục 2). 3. Độ dềnh cao nhất của sóng: ηs = kηs . h (1-3) Trong đó kηs tra đồ thị hình P2-4; h - chiều cao sóng với mức bảo đảm tương ứng. II. Xác định các lực tác dụng lên công trình (theo bài toán phẳng). 1. Áp lực thuỷ tĩnh: tác dụng ở mặt thượng và hạ lưu đập, bao gồm các thành phần thẳng đứng và nằm ngang (xem hình 1-1). a. Mặt thượng lưu: - Thành phần thẳng đứng: 1 2 W1 = γn n'H1 (1-4) 2 Trong đó: n' - hệ số mái nghiêng thượng lưu; nB n' = Cotgα = ; H1 γn - trọng lượng riêng của nước; - Thành phần nằm ngang: 1 2 W2 = γn H1 (1-5) 2 53
  49. b. Mặt hạ lưu: 1 2 - Thành phần đứng: W3 = γn m' h2 (1-6) 2 (1− n ) B Trong đó: m' = cotgβ = H1 1 2 - Thành phần ngang: W4 = γn h2 (1-7) 2 Điểm đặt các lực này tại trọng tâm biểu đồ phân phối áp lực trên hình 1-1. 54
  50. 55 hs τ W1 Ws W6 F® W O W 2 W® 2 3 G W W W8 7 4 γ γ 2 K H1 H1 W5 h2 α H Wth
  51. 2. Áp lực sóng: Nói chung khi sóng dềnh cao nhất, áp lực sóng lên mái đập không phải là lớn nhất. Áp lực sóng lớn nhất đạt được ứng với độ dềnh ηđ = Kηđ . h (1-8) Trong đó: Kηđ có thể xác định đồ thị hình (2-5c), giáo trình thuỷ công tập I; h - chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng. - Trị số áp lực sóng lớn nhất lên mặt đập xác định theo công thức: h Ws = Kđ . γn h (H1 + ) (1-9) 2 Trong đó hệ số kđ tra ở đồ thị hình P2-4c Các đại lượng khác như đã giải thích ở trên. - Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra: ⎛ h 2 h⋅ H H 2 ⎞ ⎜ 1 1 ⎟ Mmax = Km . γh . h ⎜ + + ⎟ (1-10) ⎝ 6 2 2 ⎠ Trong đó hệ số Km tra ở đồ thị hình P2-4d 3. Áp lực nước thấm: Do có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nên phát sinh dòng thấm từ thượng về hạ lưu công trình, gây nên áp lực thấm dưới đáy của nó. Ngoài ra, do đáy đập ngập dưới mực nước hạ lưu nên đập còn chịu tác dụng của lực đẩy nổi thuỷ tĩnh. - Lực thấm đẩy ngược: Biểu đồ phân bố áp lựcg thấm n ược coi gần đúng là hình tam giác (hình 1-1) có cường độ lớn nhất ở đầu (sau màn chống thấm): Pmax = γn . α1H. Trong đó: α1 - hệ số cột nước thấm còn lại sau màn chống thấm; H - cột nước thấm; H = H1 - h2; Tổng áp lực thấm đẩy ngược sẽ là: 56
  52. 1 Wth = γn α1 H . B (1-11) 2 - Lực thuỷ tĩnh đẩy ngược: W5 = γn Bh2 (1-12) 4. Áp lực bùn cát: do khối bùn cát lắng đọng trước đập gây ra. Do mái đập thượng lưu nghiêng nên áp lực bùn cát có 2 thành phần: thẳng đứng và nằm ngang. - Thành phần thẳng đứng: 1 2 W6 = γbc h3 . n' (1-13) 2 Trong đó: γb là trọng lượng riêng của bùn cát trong nước (dung trọng đẩy nổi): γbc = γk - γn (1 - nb) (1-14) Ở đây γk - trọng lượng riêng khô của bùn cát; nb - độ rỗng của bùn cát lắng đọng; h3 - chiều sâu bùn cát lắng đọng trước công trình.; - Thành phần nằm ngang: 1 2 W7 = γbc h3 . Ka (1-15) 2 Trong đó: Ka - hệ số áp lực ngang (áp lực chủ động); 2 0 ϕ Ka = tg (45 - ) (1-16) 2 Ở đây: ϕ - góc ma sát của bùn cát bão hoà nước. 5. Trọng lượng của thân đập: Để dễ dàng tính toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó, mặt cắt đập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật. Trọng lượng của phần đập có diện tích mặt cắt Ωi sẽ là Gi = γb . Ωi; Trọng lượng của toàn đập sẽ là G = Σ Gi. Điểm mặt của G được tìm theo quy tắc hợp các lực song song. 57
  53. 6. Lực sinh ra khi có động đất: bao gồm các thành phần sau: a. Lực quán tính động đất của công trình: Fđ = K α G (1-17) Trong đó: K - hệ số động đất; α - hệ số đặc trưng động lực của công trình; G - trọng lượng công trình Lực quán tính động đất cùng phương ngược chiều với gia tốc động đất, điểm đặt tại trọng tâm mặt cắt tính toán. Ở đây chọn chiều bất lợi của lực động đất là chiều từ thượng về hạ lưu đập (phương ngang). b. Áp lực nước tăng thêm khi động đất: 1 2 Wđ = k γn H1 (1-18) 2 Trong đó các ký hiệu như đã giải thích ở trên. 1 Điểm đặt của Wđ ở độ cao H1 so với mặt đáy đập. 3 c. Áp lực bùn cát tăng thêm khi có động đất. Theo chiều bất lợi đã chọn, động đất làm tăng áp lực chủ động của bùn cát thượng lưu. Trị số áp lực tăng thêm là: W8 = 2K tgϕ . W7 (1-19) Trong đó: K - hệ số động đất; ϕ - góc ma sát trong của bùn cát: W7 - thành phẩn áp lực đất nằm ngang, như đã xác định ở trên. Cuối cùng cần tổng hợp tất cả các lực tác dụng lên công trình (bài toán phẳng) và mômen của chúng đối với mép biên hạ lưu đế đập (điểm A) theo bảng sau: Trị số Mômen đối với A 58
  54. tự P ↓(+) Q →(+) Tay đòn MA (+) ΣP ΣQ ΣMA §1-2. TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH. I. Nhiệm vụ và các phương pháp tính toán. 1. Nhiệm vụ: giải bài toán thấm dưới đáy công trình cần xác định: - Lưu lượng thấm q; - Áp lực thấm lên bản đáy công trình; - Trị số gradien thấm bình quân toàn miền thấm và cục bộ ở cửa ra để kiểm tra độ bền thấm của nền. 2. Các phương pháp tính toán: Theo yêu cầu của đầu bài, ở đây tiến hành tính thấm theo các phương pháp: - Tỷ lệ đường thẳng - Hệ số sức kháng - Vẽ lưới. Việc tính toán tiến hành cho bài toán phẳng. II. Tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng (sơ đồ hình 1-2). Theo Lence đoạn đường viền thấm thẳng đứng có khả năng tiêu hao cột nước thấm lớn hơn đoạn nằm ngang m lần. Chiều dài tính toán của đường viền thấm xác định theo công thức: Ln Ltt = Lđ + (1-20) m Trong đó: 59
  55. Lđ - chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn hơn hoặc bằng 450. Ln - chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc nghiêng nhỏ hơn 450. m - hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ trong sơ đồ đường viền thấm. 1. Tính toán lực đẩy ngược lên bản đáy: a. Áp lực thấm: Cột nước thấm tại một điểm cách điểm cuối của đường viền thấm một đoạn dài tính toán Xtt (Xtt xác định tương tự như Ltt) là: X tt hx = . H (1-21) Ltt Trong đó: H - cột nước thấm toàn bộ. Theo sơ đồ công trình như hình (1-2), tổng áp lực thấm lên bảy đáy cống sẽ là: hFG+ h Wt = γn . L2 (1-22) 2 Trong đó: hF, hG tính theo (1-21). Hình 1-2. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng . Áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược: W1 = γn (h2 + t) L2 (1-23) 60
  56. 2. Tính gradien thấm và lưu tốc thấm bình quân: - Trên đoạn đường viền thẳng đứng: H Jđ = ; Vđ = K . Jđ (1-24) Ltt - Trên đoạn đường viền nằm ngang: J J = ® ; V = KJ (1-25) n m n n 3. Tính lưu lượng thấm: Khi chiều dài bản đáy khá lớn, có thể tính lưu lượng thấm đơn vị theo công thức: q = K . Jn . T1 (1-26) Trong đó: T1 - chiều dày tầng thấm dưới bản đáy cống; K - hệ số thấm. 4. Kiểm tra độ bền thấm của nền. Theo phương pháp này chỉ có thể sơ bộ kiểm tra độ bền thấm chung của nền theo công thức: Ltt ≥ C.H (1-27) Trong đó: C - hệ số phụ thuộc tính chất đất nền, có thể tra bảng P3-1 (phụ lục 3). Nếu điều kiện (1-27) thoả mãn nghĩa là chiều dài đường viền thấm đã đủ dài để đảm bảo độ bền thấm chung. III. Tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng. (Sơ đồ hình 1-3). 61 Hình 1-3. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng
  57. 1. Phân đoạn: Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang hoặc ngược lại để chia miền thấm thành các miền con (bộ phận) khác nhau (các bộ phận 1, 2, 3, 4, 5 như trên hình 1-3). 2. Xác định hệ số sức kháng của từng bộ phận: a. Bộ phận cửa vào và cửa ra: S 5,0 a S T ξ = 0,44 + +1,5 + 1 (1-28) r,v T T S 0 1 1- 0,75 T1 Trong đó: a - độ cao của bậc; S - chiều sâu đóng cừ tại bộ phận đang xét; T0, T1 - xem hình 1-3. Nếu bộ phận không có bậc thì a = 0; T0 = T1. Nếu bộ phận không có cừ thì S = 0. b. Bộ phận giữa (bộ phận 3 trên hình 1-3). Với điều kiện: T S 0,5 ≤ 2 ≤ 1,0 và 0 ≤ ≤ 0,8 T1 T2 S 5,0 1 a S T thì: ξ =1 +5,1 1 + 2 (1-29) g T T S 1 2 1− 0,75 1 T2 Trong đó: a1 - độ cao của bậc; S1 - chiều sâu cừ. 62
  58. c. Bộ phận nằm ngang: SS1+ 2 - Khi khoảng cách l giữa 2 hàng cừ S1, S2 thoả mãn điều kiện: l ≥ 2 1− 0,5(SS+ ) thì: ξ = 1 2 (1-30) n T với T là chiều dày thấm nằm giữa S1, S2. - Khi l < 0,5 (S1 + S2) thì ξn = 0 3. Tính áp lực thấm. - Cột nước thấm tổn thất qua mỗi bộ phận xác định theo công thức: H hi = ξ i (1-31) Σξ i Trong đó: ξi - hệ số sức kháng của bộ phận đang xét; Σξi - tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống; H - cột nước thấm. - Có các hi tiến hành vẽ biểu đồ áp lực thấm ngược lên đáy công trình (hình 1-3), từ đó tính được tổng áp lực thấm ngược lên bản đáy. - Ngoài ra, áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược lên bản đáy tính như ở phương pháp trên đã nêu. 4. Tính lưu lượng thấm. Theo phương pháp này, lưu lượng thấm đơn vị xác định theo công thức: H q = K . (1-32) Σξ i 5. Tính gradien thấm. Theo phương pháp phân đoạn này, có thể xác định được trị số J và V bình quân trong từng đoạn của miền thấm. Còn để tìm J và V cục bộ, cần sử dụng phương pháp khác. IV. Tính thấm theo phương pháp vẽ lưới: 1. Xây dựng lưới thấm: Lưới thấm có thể được xây dựng bằng phương pháp vẽ đúng dần. Để kiểm tra độ chính xác của lưới thấm cần dựa vào các điều kiện sau: 63
  59. - Tất cả các đường dòng và đường đẳng thế phải trực giao nhau. - Các ô lưới phải là các hình vuông cong (các trung đoạn của mỗi ô lưới phải bằng nhau). - Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ các điểm góc của đường viền phải trùng với phân giác của góc đó. - Các giới hạn của lưới thấm: + Đường thế đầu tiên: Mặt nền thấm phía thượng lưu; + Đường thế cuối cùng: Mặt nền thấm phía hạ lưu; + Đường dòng đầu tiên: Đường viền thấm dưới đáy công trình; + Đường dòng cuối cùng: Mặt tầng không thấm. Miền thấm giữa 2 đường thế kế nhau gọi là dải; miền giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng. Sơ đồ lưới thấm trên hình (1-4) có 24 dải và 7 ống dòng. 2. Xác định áp lực thấm: H Gọi n là số dải của lưới thấm: cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải sẽ là ΔH = n Cột nước thấm tại một điểm x nào đó cách đường thế cuối cùng i dải (i có thể là số thập phân khi x không nằm trên một đường thế của lưới) sẽ là: H hx = i (1-33) n Dựa vào (1-33) ta vẽ được biểu đồ áp lực thấm dưới đáy công trình, từ đó tính được tổng áp lực thấm đẩy ngược lên bản đáy. Phần áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược lên bản đáy xác định như ở mục trên. 3. Xác định lưu lượng thấm. Gọi m là số ống dòng của lưới thấm. Lưu lượng thấm đơn vị sẽ là: 64
  60. m q = K ⋅ ⋅ H (1-34) n 4. Xác định gradien thấm: Gradien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là ΔS sẽ là: ΔH H JTB = = (1-35) ΔS n ⋅ ΔS Dựa vào công thức này sẽ vẽ được biểu đồ gradien thấm tại cửa ra (hình 1-4). 5. Kiểm tra độ bền thấm của nền: Có biểu đồ Jra, sẽ kiểm tra được độ bền thấm cục bộ của nền ở cửa ra. Vì đất nền cống là cát pha nên khả năng phá hoại do dòng thấm có thể là xói ngầm cơ học. Điều kiện bền thấm của nền khi đó là: J ≤ [J] (1-36) Trong đó J - gradien thấm cục bộ; [J] - gradien thấm cho phép không xói ngầm, có thể xác định theo biểu đồ của Ixtômina, theo đó [J] phụ thuộc vào hệ số không đều hạt d của đất η = 60 (xem hình P3-1). d10 Tại khu vực cửa ra mà điều kiện (1-36) không thoả mãn, cần phải xử lý bằng cách làm tầng lọc ngược (hoặc thay đổi đường viền thấm). 65
  61. ĐỒ ÁN SỐ 2: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT §2-1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG. I. Nhiệm vụ công trình. Căn cứ vào tài liệu đã cho, nêu lại nhiệm vụ công trình và các thành phần của công trình đầu mối. II. Chọn tuyến đập. Dựa vào bình đồ khu đầu mối đã cho, phân tích các điều kiện cụ thể (địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng ) để chọn tuyến đập hợp lý. oIII. Chọn l ại đập. Căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất và vật liệu xây dựng, phân tích để xác định loại đập có thể xây dựng, chọn phương án hợp lý (ở đây là đập đất). IV. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 1. Cấp công trình: Xác định từ 2 điều kiện: a. Theo chiều cao công trình và loại nền (tra bảng P1-1, phụ lục 1). Để xác định chiều cao đập, sơ bộ định cao trình đỉnh đập = MNLTK + d, ở đây có thể lấy d = 1,5 ÷ 3,0 m. b. Theo năng lực phục vụ của công trình, tra bảng P1-2, phụ lục 1. Cấp của đập lấy theo trị số nào quan trọng nhất khi xác định theo 2 điều kiện trên. 2. Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định được: - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất, (bảng P1-3), hệ số tin cậy Kn(bảng P1-6). - Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất, các mức bảo đảm sóng (bảng P2- 1, phụ lục 2). - Độ vượt cao của đỉnh đập trên đỉnh sóng. Hệ số an toàn ổn định trượt với tổ hợp lực cơ bản và đặc biệt: theo 14TCN-157-2005. 67
  62. §2-2. 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 + Δh + hsl + a (2-1) Z2 = MNLTK + Δh' + hsl' + a' (2-2) Z3 = MNLKT + a” (2-2’) Trong đó: Δh và Δh' - độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất; hsl và hsl' - chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất; a và a', a” - độ vượt cao an toàn. Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính theo (2-1), (2-2) và (2-2’). a. Xác định Δh và h'sl ứng với gió lớn nhất V. * Xác định Δh: theo công thức 2 -6 VD Δh = 2 . 10 cosαS (mét) (2-3) gH Trong đó: V - vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s); D - đà sóng ứng với MNDBT 2 (m); g - gia tốc trọng trường (m/s ); H - chiều sâu nước trước đập (m); αs - góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. * Xác định hsl. Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau: hsl1% = K1 . K2 . K3 . K4 . Ka. hs1% (2-4) Trong đó: hs1% - chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; K1, K2, K3, K4 , Ka - các hệ số. hs1% xác định như sau (theo QPTL C1-78): - Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu 68
  63. (H > 0,5 λ ) (2-5) gt gD - Tính các đại lượng không thứ nguyên , , trong đó t - thời gian gió thổi V V 2 liên tục (sec). Khi không có tài liệu, có thể lấy t = 6 giờ (đối với hồ chứa). - Theo đường cong bao phía trên ở đồ thị hình P2-1 xác định được các đại lượng gh gτ không thứ nguyên và (chọn trị số nhỏ trong 2 trị số tra được ở trên), từ đó xác V 2 V định được h và τ ; trị số λ xác định như sau: 2 gτ λ = (m) (2-6) 2π - Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu theo (2-5) - Tính hs1% = K1% . h gD Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng . V 2 - Hệ số K1, K2 tra ở bảng P2-3, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái; - Hệ số K3 tra ở bảng P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m (ở đây có thể dự kiến trước trị số sơ bộ của m). λ - Hệ số K4 tra ở đồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số . hs1% - Hệ số Ka phụ thuộc vào góc aS , tra bảng P2-6. b. Xác định Δh' và h' sl ứng với gió bình quân lớn nhất V' - Cách tính tương tự như trên nhưng ứng với V', D' 2. Bề rộng đỉnh đập B: xác định theo yêu cầu giao thông, thi công và cấu tạo. Khi không có yêu cầu giao thông, có thể chọn B = 5 - 10m với đập cấp III trở xuống, 10m trở lên với đập cấp I, II. 69
  64. II. Mái đập và cơ. 1. Mái đập: Sơ bộ định theo công thức kinh nghiệm, sau này trị số mái được chính xác hoá qua tính toán ổn định. Sơ bộ định hệ số mái như sau: - Mái thượng lưu: m1= 0,05H + 2,00 (2-7) - Mái hạ lưu : m2 = 0,05H + 1,50 (2-8) Trong đó H - chiều cao đập (mét). 2. Cơ đập: - Khi đập cao trên 10m, nên bố trí cơ ở mái hạ lưu; khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10 - 15m; bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và không lấy nhỏ hơn 3m. - Mái thượng lưu làm cơ nếu hình thức bảo vệ mái và điều kiện thi công đòi hỏi. Khi đập cao, nên làm cơ ở cuối phần gia cố chính. Trị số mái tính theo (2-7) và (2-8) chỉ là trị số trung bình. Khi đập cao nên chọn mái có độ dốc thay đổi (mái dốc ở gần đỉnh và thoải dần về phía chân),vị trí thay đổi độ dốc mái thường chọn tại các cơ đập. 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 cho nền. Tài liệu cho tầng thấm có 2 dạng: Tầng thấm tương đối mỏng (T ≤ 5m) và tầng thấm dày (T > 10m). Với mỗi dạng tầng thấm cần chọn thiết bị chống thấm cho đập và cho nền thích hợp. Các sơ đồ đơn giản thường dùng nhất là: 1. Khi tầng thấm tương đối mỏng: - Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm); - Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng. Vật liệu làm tường và chân răng là đất sét (như tài liệu đã cho). Chọn loại này hay loại khác là trên cơ sở phân tích các điều kiện cụ thể về điều kiện khí hậu, thi công, vật liệu xây dựng. 70
  65. 2. Khi tầng thấm dày: Hợp lý nhất là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ. Trong phần chọn sơ bộ kích thước ban đầu cần xác định: a. Chiều dày tường (nghiêng hay lõi) - Trên đỉnh: thường δ1 ≥ 0,8m. H - Dưới đáy: thường δ ≥ []J Trong đó: H là cột nước chênh lệch trước và sau tường; [J] - gradien thấm cho phép của vật liệu làm tường. b. Cao trình đỉnh tường (nghiêng hay lõi): chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu. c. Chiều dày sân phủ: - Ở đầu: t1 ≥ 0,5m. H - Ở cuối: t2 ≥ , trong đó H là chênh lệch cột nước ở mặt trên và mặt dưới sân; []J [J] - gradien thấm cho phép của vật liệu làm sân. d. Chiều dày chân răng: chọn như đối với đáy tường nghiêng hay tường lõi. Ngoài ra còn đảm bảo điều kiện nối tiếp đều đặn (không có đột biến) giữa tường nghiêng (hay lõi) với chân răng. e. Chiều dài sân phủ Ls: trị số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm của đất nền. Sơ bộ, có thể lấy Ls = (3 - 5) H, trong đó H là cột nước lớn nhất. IV. Thiết bị thoát nước thân đập. Thường phân biệt 2 đoạn (theo chiều dài đập): 1. Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước. Khi chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn, có thể chọn thoát nước kiểu lăng trụ. Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất, đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hoà không chọc ra mái hạ lưu (để đạợ t đư c điều này, thường độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max phải bằng 1- 2m). Bề rộng đỉnh lăng trụ thường ≥ 2m; mái trước và sau của lăng 71
  66. trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá. Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược. Khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều (hhmax ≥ hhmin), có thể chọn thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ kết hợp với áp mái: (cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu min, còn cao trình đỉnh phần áp mái chọn cao hơn điểm ra của đường bão hoà ứng với trường hợp mực nước hạ lưu max). 2. Đoạn trên sườn đồi: ứng với trường hợp hạ lưu không có nước, sơ đồ đơn giản nhất có thể chọn là thoát nước kiểu áp mái. Khi cần thiết phải hạ thấp đường bão hoà có thể chọn thoát nước kiểu gối phẳng hay ống dọc. §2-3. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN. I. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán. 1. Nhiệm vụ tính thấm: - Xác định lưu lượng thấm; - Xác định đường bão hoà 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 với các trường hợp làm việc khác nhau của đập: - Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng; thiết bị chống thấ m, thoát nước làm việc bình thường - 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. Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính thấm với 1 trường hợp (trường hợp thứ nhất). 3. Các mặt cắt tính toán: Yêu cầu tính với 2 mặt cắt đại biểu: - Mặt cắt lòng sông (chỗ tầng thấm dày nhất); 72
  67. - Mặt cắt sườn đồi (đập trên nền không thấm). II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông. Sau đây trình bày nội dung tính thấm cho một số sơ đồ thường gặp nhất theo tài liệu đã cho của đồ án này. Theo tài liệu ở mặt cắt lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. 1. Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ (xem hình 2-1). Vì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ nhỏ hơn rất nhiều hệ số thấm của nền và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlốpxki: bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân phủ. a. Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a0, ta có hệ phương trình sau để xác định q và h3: ()h1− h 3 T q = k n (2-9) 0,44T+ LS + mh3 2 2 h3 − h2 ()h3− h 2 T q = K d ⋅ +k n ⋅ (2-10) 2(L− mh3 ) L− mh3 +0,44 T − m ' h2 Các ký hiệu xem hình (2-1). b. Phương trình đường bão hoà trong hệ trục toạ độ như trên hình (2-1) có dạng: 2 2 2 h3 - h 2 Y = h3 - x (2-11) L - mh 3 c. Kiểm tra độ bền thấm. Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập và nền). Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền. - Với thân đập, cần đảm bảo điều kiện: đ Jk ≤ [Jk]đ (2-12) đ h3− h 2 Trong đó: Jk = (2-13) L− mh3 73
  68. [Jk]đ phụ thuộc loại đất đắp và cấp công trình, có thể lấy theo số liệu của Trugaép (bảng P3-3). - Với nền đập, cần đảm bảo điều kiện: n Jk ≤ [Jk]n (2-14) Hình 2-1. Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + sân phủ Hình 2-2. Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + chân răng 74
  69. Hình 2-3. Sơ đồ tính thấm qua đập có tường lõi + chân răng h - h n 1 2 Trong đó: Jk = (2-15) Ls + L + 0,88T - m' h 2 [Jk]n phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình, có thể lấy theo Trugaép (bảng P3-2). 2. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng (hình 2-2). a. Lưu lượng thấm: dùng phương pháp phân đoạn để tính. Bỏ qua độ cao hút nước a ở cuối dòng thấm, lưu lượng thấm q và độ sâu h3 sau tường nghiêng xác định từ hệ phương trình sau: ⎛ h2 − h2 − Z2 h− h ⎞ K ⎜ 1 3 0 + 1 3 ⋅T ⎟ q = 0 ⎜ ⎟ (2-16) ⎝ 2δ sin α t ⎠ 2 2 h3 h 2 (h3 h 2 )T q = K d + k n (2-17) 2(L mh3 ) L - m' h2 + 0,44T Trong đó: δ - chiều dày trung bình của tường nghiêng; t - chiều dày trung bình của chân răng; Các ký hiệu khác xem hình (2-2). b. Đường bão hoà: trong hệ trục như trên hình (2-2), phương trình đường bão hoà có dạng như (2-11). 75
  70. c. Kiểm tra độ bền thấm: Độ bền thấm đặc biệt cho đập và nền kiểm tra theo các đ n công thức (2-12) và (2-14), trong đó Jk tính theo (2-13), còn Jk tính như sau: n h3 - h 2 J k = (2-18) L - m' h2 + 0,44T 3. Sơ đồ đập có tường lõi + chân răng (hình 2-3). a. Lưu lượng thấm: Dùng phương pháp phân đoạn để tính, bỏ qua a0, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, h4 trước và sau tường lõi xác định từ hệ phương trình sau: 2 2 ⎧ h1 − h3 ()h1− h 3 T ⎪q= Kd ⋅ +kn ⋅ (2− 19) 2(LL+ Δ ) L+ mh + 0,44 T ⎪ 1 1 1 ⎪ 2 2 ⎪ ()()h3 + T − h4 + T ⎨q= K0 ⋅ (2− 20) ⎪ 2δ 2 2 ⎪ h4 − h2 ()h4− h 2 T ⎪q= Kd ⋅ +kn ⋅ (2− 21) 2L L− m' h + 0,44 T ⎩⎪ 2 2 1 2 Trong đó: δ - chiều dày trung bình của tường lõi và chân răng; các ký hiệu khác xem hình 2-3. m' - hệ số mái thượng lưu lăng trụ thoát nước. b. Đường bão hoà: ở đoạn sau tường lõi, với hệ trục như trên hình 2-3, phương trình đường bão hoà có dạng: (h - h ) 2 Y2 = 4 2 X (2-22) L 2 c. Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt: tiến hành theo các công thức (2-12) và (2-14), đ n trong đó Jk và Jk tính riêng cho từng đoạn trước tường lõi và sau tường lõi. III. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi. Với tài liệu đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái. 1. Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình 2-4). a. Lưu lượng thấm. Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, ao được xác định từ hệ phương trình sau: 76
  71. 2 2 2 ⎧ h1 − h3 − Z 0 ⎪q= K0 ⋅ (2− 23) ⎪ 2δ sin α 2 2 ⎪ h3 − a0 ⎨q= K0 ⋅ (2− 24) ⎪ 2(L− m1 h 3 − m 2 a 0 ) ⎪ a0 ⎪q= K d ⋅ (2− 25) ⎩⎪ m2 + 0,5 Hình 2-4. Sơ đồ tính thấm qua đập có tường nghiêng trên nền không thấm, hạ lưu không có nước Hình 2-5. Sơ đồ tính thấm qua đập có tường lõi trên nền không thấm, hạ lưu không có nước 77
  72. Cũng có thể giải bài toán thấm này bằng phương pháp biến đổi tương đương: biến đổi tường nghiêng có chiều dày δ, hệ số thấm k0 về một tường mới có chiều dày Δ, hệ số thấm kđ rồi giải bài toán đập đồng chất trên nền không thấm. Khi biến đổi như vậy cần lưu ý rằng khi tỉ số kđ/k0 khá lớn (điều này thường xảy ra) thì ở sơ đồ tính toán, phương của dòng thấm trong tường biến đổi là gần như nằm ngang, còn ở tường thực, phương dòng thấm gần như vuông góc với mặt tường thượng lưu (cụ thể xem QPTL 6- 70). b. Đường bão hoà: trong hệ trục như hình 2-4, phương trình đường bão hoà có dạng: 2 2q y= h3 − x (2-26) k d c. Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt: tiến hành theo công thức (2-12), trong đó: h 3 Jkd = (2-27) L- m.h 3 2. Sơ đồ đập có tường lõi (hình 2-5). a. Lưu lượng thấm: giải bằng phương pháp biến đổi đồng chất, theo các bước sau: - Biến lõi có chiều dày δ, hệ số thấm k0 về một lõi mới có chiều dày Δ, hệ số thấm kd, với k Δ =d ⋅δ (2-28) k0 Ở đây δ là chiều dày trung bình của lõi thực. - Tính thấm trên đập biến đổi: lưu lượng thấm xác định từ hệ phương trình sau: 2 2 h1 − a0 q= k d (2-29) ⎡ ⎛ k ⎞ ⎤ ⎜ d ⎟ 2⎢ΔLL + +⎜ −1⎟δ − m2 a 0 ⎥ ⎣⎢ ⎝ k 0 ⎠ ⎦⎥ Ka q = o (2-30) m2 + 5,0 b. Đường bão hoà: 78
  73. - Trong đập biến đổi (hình 2-5). 2 q2 y= h1 − ⋅ x (2-31) k d từ (2-31), xác định được các độ sâu h3, h4 ở trước và sau lõi biến đổi; - Trong đập thực: giữ lại các đoạn trước và sau lõi. c. Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt: Tiến hành theo công thức (2-12), trong đó Jkđ tính riêng cho các đoạn trước và sau lõi. §2-4. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP. I. Trường hợp tính toán. Theo quy định của quy phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định với 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 MNLTK, 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). Trong đồ án này, chỉ giới hạn kiểm tra ổn định cho một số trường hợp. II. Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt. 1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm (hình 2-6). Sử dụng 2 phương pháp. 79
  74. a. Phương pháp Filennít. Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình vẽ. Các trị số α, β phụ thuộc độ dốc mái, tra bảng (4-1), giáo trình thuỷ công tập I. b. Phương pháp Fanđêep: Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong b c d e như trên hình vẽ. Các trị số bán kính r và R phụ thuộc hệ số mái m và chiều cao đập Hđ, tra ở bảng (4-2), giáo trình thuỷ công tập I. 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 định 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 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 M1M. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó, kẻ đường N-N vuông góc với đường M1M. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác, vạch các cung cũng đi qua điểm Q1 ở chân đập, tính K ứng 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 mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự, ta cũng tìm được i trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa K min với các điểm ra của cung Qi, ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kminmin cho mái đập. Trong đồ án này, chỉ yêu cầu tìm Kmin ứng với một điểm ra Q1 ở chân đập. 2. Xác định hệ số an toàn K cho 1 cung trượt bất kỳ: Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức xác định hệ số an toàn K cho 1 cung trượt. Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định lực thấm. Sau đây giới thiệu công thức Ghécxêvanốp với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm (sơ đồ hình 2-7). Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b như hình vẽ. Ta có công thức tính toán sau: Σ()N − W tgϕ + Σ C l K = n n n n n (2-32) ΣTn Trong đó: ϕn và Cn là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n, ln - bề rộng đáy dải thứ n. Wn - áp lực thấm ở đáy dải thứ n. Wn = γn . hn . ln (2-33) hn - chiều cao cột nước, từ đường bão hoà đến đáy dải; 80
  75. Hình 2-6. Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm của mái đập Hình 2-7. Sơ đồ tính ổn định trượt mái đập đất theo phương pháp Ghécxêvanốp 81
  76. Nn và Tn - thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn; Nn = GnCosαn; Tn = GnSinαn; Gn = b (Σγi Zi)n ; (2-34) Trong đó: Zi là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là γi. Chú ý rằng γi với đất ở trên đường bão hoà lấy theo dung trọng tự nhiên, còn đất dưới đường bão hoà lấy theo dung trọng bão hoà nước; qui định này chỉ phù hợp với phương pháp Ghécxêvanốp đang xét. Trong tính toán, cần tiến hành lập bảng để tiện xác định các đại lượng trong công thức (2-32). 3. Đánh giá tính hợp lý của mái. Mái đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả mãn điều kiện: Kmin ≥ [K] (2-35) Trong đó [K] phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng, xem bảng P1-7 (phụ lục I). Tuy nhiên để đảm bảo kinh tế, cần khống chế: Kmin ≤ 1,15 [K] (2-36) Mái được gọi là hợp lý nếu thoả mãn đồng thời (2-35) và (2-36). Nếu 1 trong 2 điều kiện trên không thoả mãn cần thay đổi lại hệ số mái dốc và kiểm tra đến khi nào thoả mãn cả 2 điều kiện mới thôi. Do khối lượng tính toán lớn việc chọn mái đập hợp lý có thể tiến hành trên máy tính. §2-5. 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 15 - 25cm để bảo vệ. Mặt đỉnh đập làm dốc về hai phía với độ dốc i = 2 - 4% để thoát nước mưa. 82
  77. II. Bảo vệ mái đập. 1. Mái thượng lưu. Hình thức bảo vệ mái 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 (theo tần suất gió và mức bảo đảm sóng lớn nhất được quy định bởi quy phạm). a. Khi hs ≤ 1,25m, có thể bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan. Khi dùng đá đổ: - Trọng lượng cần thiết của hòn đá (theo San-kin) 3 ⎡ γ h 1 + m 2 ⎤ GA= ⋅γ ⎢ n s ⋅ ⎥ (2-37) d γ− γ m( m + 2) ⎣⎢ d n ⎦⎥ L Trong đó: A = 7,2 khi s 15 hs - Chiều dày lớp đá đổ. G tđ > 5,2 3 (2-38) γ d Khi dùng đá lát khan: chiều dày cần thiết của lớp đá có thể xác định theo công thức Sankin: 2 γ n 1 + m t = 1,7 ⋅ ⋅ hs (2-39) γd− γ n m( m + 2) Trong các công thức (2-37) đến (2-39), γđ là dung trọng của hòn đá; γn - dung trọng nước; m - mái thượng lưu; hs - chiều cao sóng; ls - chiều dài sóng. Dưới lớp đá đổ hay đá lát cần có tầng đệm cấu tạo theo hình thức lọc ngược. b. Trường hợp hs > 1,25m, nếu dùng đá đổ hay đá lát thì kích thước và trọng lượng hòn đá phải lớn (G > 80kg), điều này gây khó khăn cho việc chọn vật liệu (không tận dụng hết đá khai thác ra) và khó khăn cho thi công. Khi đó hợp lý hơn có thể chọn 83
  78. hình thức bảo vệ mái bằng các tấm đá xây, bê tông hay bê tông cốt thép. Chiều dày tấm xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi và lật. Sơ bộ có thể định, chẳng hạn theo công thức Anđrâytruc: ⎡ 2 ⎤ Kγ n h s 3 ⎛ B ⎞ hb = ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎥ (2-40) (γ− γ ) cos α 4 ⎜ L ⎟ d n ⎣⎢ ⎝ s ⎠ ⎦⎥ Trong đó B - bề rộng tấm; α - góc nghiêng của mái với mặt nằm ngang; K - hệ số, khi tấm đặt trên lớp lọc liên tục bằng hạt lớn lấy K = 0,23; khi lớp lọc không liên tục: K = 0,15, các ký hiệu khác như đã giải thích ở trên (công thức 2-37). Trong tính toán cần kiểm tra điều kiện bền của tấm khi chịu áp lực sóng lớn nhất. Theo điều kiện này, với các tấm bê tông và đá xây, nên chọn B không lớn (B < 1 - 2m); với các tấm bê tông cốt thép, có thể chọn B lớn hơn. 2. Mái hạ lưu: Mái hạ lưu đập cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra. Phổ biến nhất là dùng hình thức trồng cỏ. Khi đó trên mái cần đào rãnh nhỏ nghiêng với trục đập góc 450, trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa. Nước từ các rãnh tập trung vào mương ngang bố trí ở cơ, 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. Về các hình thức chống thấm cho nền đã được nêu ở trên. Ở đây đề cập đến việc xử lý mặt tiếp giáp giữa thân đập và nền. Thường phải bóc một lớp dày 0,3 - 1m trên mặt nền: khi đất thân đập và đất nền khác nhau, cần làm các chân răng. Khi đắp đập trên nền đá có thể làm các răng bằng bê tông hay đá xây. 2. Nối tiếp đập với bờ. Nói chung, cần đảm bảo các yêu cầu như nối tiếp đập với nền. Cần chú ý thêm mấy điểm: - Ở chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải cắm sâu vào đá tốt hoặc đá ít phong hoá. Khi tầng không thấm nằm rất sâu trong bờ, phải cắm thiết bị chống thấm vào bờ một khoảng nhất định. - Mặt nối tiếp thân đập với bờ không đánh cấp, không làm quá dốc, không cho phép làm dốc ngược. §2-6. KẾT LUẬN Tóm tắt các nội dung đã làm, nêu các kiến nghị cần thiết. Bản vẽ: Trên 1 bản khổ A1 cần thể hiện: 84
  79. - Mặt bằng đập. - Cắt dọc đập. - 1 mặt cắt ở lòng sông và 1 mặt cắt ở sườn đồi. - Các chi tiết: đỉnh đập, bảo vệ mái thượng lưu, mái hạ lưu, cơ đập, thiết bị thoát nước thân đập. Các tài liệu để tham khảo 1. Giáo trình thuỷ công tập 1 2. TCXDVN 285-2002 3. Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén 14TCN-157-2005 4. Quy phạm tải trọng do sóng và tàu QPTL C1-78 5. Thiết kế đập đất (của Nguyễn Xuân Trường). 85
  80. ĐỒ ÁN SỐ 3: THIẾT KẾ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC DƯỚI ĐẬP ĐẤT §3-1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I. Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 1. Nhiệm vụ: Căn cứ vào đầu bài đã cho, nêu rõ nhiệm vụ của cống. 2. Cấp công trình: Xác định theo 2 điều kiện: - Theo nhiệm vụ; - Theo cấp chung của cả công trình đầu mối, vì cống là một trong những công trình chủ yếu của đầu mối. Cấp của cả công trình đầu mối xác định như ở phần thiết kế đập đất. 3. Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm sẽ xác định được các chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống (chẳng hạn tần suất mực nước lớn nhất trước hồ, tần suất gió lớn nhất, các hệ số vượt tải, hệ số độ tin cậy ). II. Chọn tuyến và hình thức cống. 1. Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất nền và quan hệ với các công trình khác. Ở đây vì đường tràn đỗ sang lưu vực khác nên có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được. Khi đó việc đặt cống ở bờ nào chủ yếu phụ thuộc vị trí khu tưới và điều kiện địa chất. Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý: - Cố gắng đặt cống trên nền đá. Tuy nhiên khi tầng phủ khá dày thì cũng có thể đặt cống trên nền đất, khi đó không nên đặt nổi cống trên nền, mà phải có một độ chôn sâu nhất định. - Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước bùn cát lắng đọng và thấp hơn mực nước chết trong hồ. 2. Hình thức cống: - Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp. - Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật. 86
  81. - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van công tác và van sửa chữa. Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. 3. Sơ bộ bố trí cống: Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đất đã có (xem đồ án thiết kế đập đất), sơ bộ bố trí cống để từ đó xác địợ nh đư c chiều dài cống (đoạn trước cửa van, sau cửa van), làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực cống sau này. Để sơ bộ xác định chiều dài cống, có thể chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC từ 1 - 1,5m. Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính toán thuỷ lực sau này. §3-2. THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG. Kênh hạ lưu dược thiết kế trước để làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực cống. I. Thiết kế mặt cắt kênh. Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng thiết kế Q, tức lưu lượng lấy nước lớn nhất (theo tài liệu đã cho). Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (trong đồ án cho là đất cát pha), sơ bộ chọn được các chỉ tiêu sau: - Độ dốc đáy kênh (từ 1/3000 đến 1/5000) - Độ nhám lòng kênh (từ 0,0225 đến 0,025 theo TCVN 4118 - 85). - Hệ số mái kênh (m = 1,5) Tiế p theo cần xác định bề rộng đáy kênh (b) và chiều sâu nước trong kênh (h). Có thể giải theo trình tự sau. - Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức (Xem TCVN 4118-85). 0,1 VKX = K . Q (m/s) (3-1) Trong đó Q - lưu lượng của kênh (m3/s); K - hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha, K = 0,53. - Sơ bộ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm: 3 h = 0,5 (1 + VKX) Q (m) (3-2) 87
  82. - Có Q, h, xác định theo b theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. - Kiểm tra tỷ số b/h, thường khống chế trong khoảng từ 0,5 đến 2. Nếu vượt ra ngoài khoảng này, nên định lại b rồi tính h tương ứng. II. Kiểm tra điều kiện không xói. Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế: Vmax < VKX (3-3) Trong đó Vmax - lưu tốc lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng Qmax = K . Q, ở đây Q - lưu lượng thiết kế của kênh; K - hệ số, phụ thuộc Q, có thể lấy K = 1,2. Để xác định Vmax khi đã biết Qmax và mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu h tương ứng trong kênh (bằng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực), từ đó Qmax có Vmax = , trong đó ω tính với độ sâu h. ω Nếu điều kiện (3-3) không thoả mãn, cần thay đổi độ dốc đáy kênh và tính lại mặt cắt kênh. III. Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng. Trong tài liệu cho một số cấp lưu lượng để tính toán cống với các trường hợp khác nhau. Ứng với mỗi cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng đều tương ứng trong kênh tức xác định quan hệ Q ∼ h. Bài toán này có thể giải theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. §3-3. TÍNH KHẨU DIỆN CỐNG. I. Trường hợp tính toán: Khẩu diện được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng lấy nước tương đối lớn. Thường tính với trường hợp MNC ở thượng lưu, còn hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới Zkc, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu khi đó sẽ là [ΔZ] = MNC - Zkc. Lúc này, để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán như trên hình (3-1). Trong đó: Z1: tổn thất cột nước ở cửa vào; 88
  83. Zp: tổn thất do khe phai (nếu có); Zl: tổn thất qua lưới chắn rác; Zv: tổn thất qua tháp van; Z2: tổn thất ở cửa ra. II. Tính bề rộng cống bc: Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [ΔZ] đã khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện: ΣZi ≤ [Z] (3-4) Trong đó: ΣZi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + iL (3-5) Ở đây i - độ dốc dọc cống; L - tổng chiều dài cống. Trị số bc được tìm bằng phương pháp đúng dần hay phương pháp đồ thị (xem hình 3-1): tự cho bc, xác định các trị số tổn thất Zi, sau đó thử lại theo điều kiện (3-4). Với mỗi trị số bc, các tổn thất cột nước được xác định như sau: 1. Tổn thất cửa ra: dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, khi đó: 2 2 Q αVb Z2 = 2 − (3-5) 2g (ϕ n bh h ) 2g Trong đó b - bề rộng ở cuối bể tiêu năng; hh - chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Q; ϕn - hệ số lưu tốc (trường hợp chảy ngập); Vb - lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng (khi tính toán có thể giả thiết trước chiều sâu bể d). 2. Tổn thất dọc dường: coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu h1 = hh + Z2. Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống bằng iL, với i là độ dốc dọc cống, xác định như sau: 2 ⎛ Q ⎞ i = ⎜ ⎟ (3-6) ⎝ωCR ⎠ Trong đó ω và CR tính với mặt cắt cống có bề rộng bc, chiều sâu h1. 3. Các tổn thất cục bộ Zv, Zl, Zp: xác định theo công thức chung: 89
  84. 2 αVi Zi = ξi . (3-7) 2g Trong đó: ξi là hệ số tổn thất, đối với khe phai, khe van, xác định theo quy phạm tính toán thuỷ lực cống dưới sâu; đối với lưới chắn rác,xác định theo cẩm nang tính toán thuỷ lực. 4. Tổn thất ở cửa vào: Xác định theo công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: 2 2 Q αV0 Z1 = − (3-8) 2g (εϕω ) 2 2g Trong đó ϕ và ε - hệ số lưu tốc và hệ số co hẹp bên ở cửa vào; ω - diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào; V0 - lưu tốc tới gần. Bằng đồ giải như trên hình (3-1), ta tìm được trị số của bc vừa đủ để lấy được lưu lượng cần thiết với tổn thất cột nước khống chế [ΔZ]. Ngoài ra cần lưu ý: - Theo điều kiện cấu tạo, không chọn bc quá nhỏ, thường khống chế bc ≥ 1 - 1,2m để tiện kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo điều kiện thi công. - Khi bc quá lớn, có thể chia cống ra nhiều khoang theo nguyên tắc phân đều lưu lượng cho các khoang. - Kích thước lỗ cống lấy theo chuẩn quy định trong điều 7,4 của TCXDVN 285- 2002 Do khối lượng tính toán nhiều, việc tính toán khẩu diện cống có thể thực hiện trên máy tính điện tử. III. Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống. 1. Chiều cao mặt cắt cống: Hc = h1 + Δ (3-9) Trong đó h1 - xem trên hình (3-1); Δ - độ lưu không, có thể lấy từ 0,5 đến 1m. Ngoài ra Hc cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, (thường khống chế Hc ≥ 1,6m để tiện kiểm tra sửa chữa) và phù hợp với kích thước chuẩn quy định tại TCXDVN 285-2002. 2. Cao trình đặt cống: 90
  85. - Cao trình đáy cống ở cửa vào: Zv = MNC - h - ΣZi (3-10) Trong đó: h - độ sâu dòng đều trong cống khi tháo Qtk ΣZi: tổng tổn thất cục bộ ở cửa vào, khe phai, lưới chắn rác, khe van khi tháo Qtk - Cao trình đáy cống ở cửa vào: Zr = Zv - iL; Các ký hiệu như ở trên đã giải thích. 91
  86. d Σ Σ §3-4. KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG. I.Trường hợp tính toán: Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa van để lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lượng của dòng chảy lớn, dòng chảy ở ngay sau cửa van 92
  87. thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước nhảy. Do đó cần tính toán để: - Kiểm tra xem nước nhảy có xảy ra ở trong cống không. Thường với các mực nước cao ở thượng lưu, cần khống chế không cho nước nhảy trong cống để tránh rung động bất lợi. Còn với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể. - Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu. Trong phần đề ra đã giới hạn việc tính toán cho 2 trường hợp mực nước cao với các lưu lượng tương ứng. Sơ đồ tính toán cho các trường hợp này như hình 3-2. Hình 3-2: Sơ đồ tính toán thuỷ lực khi mực nước cao ở thượng lưu II. Xác định độ mở cống: tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ. ' Q = ϕ⋅ α ⋅ abc 2 g ( H0 − α a ) (3-12) Trong đó ϕ - hệ số lưu tốc; α - hệ số co hẹp đứng; H0' - cột nước tính toán trước cửa van; H0' = H0 - hw, ở đây hw là tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến vị trí cửa van, 2 αV0 còn H0 = H + . 2g Hệ số co hẹp đứng α phụ thuộc tỷ số a/H, có thể xác định a bằng cách sử dụng bảng quan hệ của Jucốpxki (xem giáo trình thuỷ lực tập II) như sau: Tính F(τc). 93
  88. Q F(τc) = ' (3-13) ϕbc H 0 a ⎛ a ⎞ ' Từ đó theo bảng xác định được trị số và τc, theo đó a = ⎜ ⎟ ⋅ H 0 và hc = τc . H0'; H ⎝ H ⎠ h α = c a III. Kiểm tra chảy trong cống: 1. Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr a. Định tính: cần xác định hc, h0, hk - Độ sâu co hẹp sau van: hc = α a - Độ sâu phân giới hk; với kênh chữ nhật. αq 2 Q hk = 3 ; trong đó q = g bc - Độ sâu dòng đều h0: Tính với Q, bc, i đã biết, có thể tìm h0 theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. So sánh 3 trị số hc, h0, hk sẽ xác định được dạng đường mặt nước. Thường xảy ra: hc < hk < h0 nên dạng đường mặt nước sau van là đường nước dâng CI. b. Định lượng: Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C vẽ về cuối cống. Mặt cắt C-C thường lấy cách cửa van một khoảng 1,4a. Có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. Theo phương pháp này, khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1, h2 đã biết sẽ là: Δ ∋ ΔL = (3-14) i − J 2 αV2 Trong đó Δ∋ = ∋2 - ∋1; ∋2 = h2 + ; 2g αV 2 JJ+ ∋ =h + 1 ; J = 2 1 i 1 2g 2 94
  89. 2 2 ⎛ V ⎞ ⎛ V ⎞ J = ⎜ 2 ⎟ J = ⎜ 1 ⎟ 2 ⎜ ⎟ 1 ⎜ ⎟ ⎝ CR2 ⎠ ⎝ CR1 ⎠ Bằng cách đó ta xác định được độ sâu cuối cống hr. 2. Kiểm tra nước nhảy trong cống: nước nhảy không xảy ra trong cống khi thoả hr< h k mãn đồng thời ' (3-15) hr< h h − P2 Trong đó hh' là độ sâu liên hiệp với hh; P2 : ∇đáy cuối cống- ∇đáy đầu kênh hạ lưu; trường hợp (3-15) không thoả mãn, sẽ xảy ra nước nhảy trong cống. Khi đó cần xử lý bằng các biện pháp sau: - Thay đổi độ dốc đáy cống; - Thay đổi vị trí đặt tháp van; - Chấp nhận có nước nhảy trong cống và phải tính toán để xác định độ sâu sau nước nhảy đảm bảo không chạm trần cống. IV. Tính toán tiêu năng: Bài toán đặt ra là xác định chiều sâu bể d để đảm bảo xảy ra nước nhảy ngay sau cửa ra cống (trong phạm vi bể). Muốn vậy cần có: hb ≥ σhc" (3-16) Trong đó hb = hh + d + Z2 (xem hình 3-2) σ - hệ số ngập, bằng 1,05 - 1,10 hc" - độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp ở đầu bể, tính với năng lượng toàn phần E0 : 2 Vr E0 = hr + + d + P2 (3-17) 2g Ở đây hr và Vr là độ sâu và lưu tốc bình quân của dòng chảy tại mặt cắt cuối cống; P2 - chênh lệch cao độ đáy mặt cắt cuối cống và đáy đầu kênh hạ lưu. Bài toán xác định d thường giải bằng thử dần: giả thiết d, tính E0, từ đó xác định được hc" (theo phương pháp Agơrốtskin), cuối cùng kiểm tra theo điều kiện (3-16). 95
  90. Chiều dài bể xác định theo công thức: Lb = L1 + β Ln (3-18) Trong đó: L1 - chiều dài nước rơi β - Hệ số, = 0,7 - 0,8 Ln - chiều dài nước nhảy, có thể tính theo công thức gần đúng của Saphơranét: Ln = 4,5 hc" (3-19) §3-5. CHỌN CẤU TẠO CỐNG. I. Cửa vào, cửa ra Cửa vào, cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu. Thường bố trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần. Góc chụm của 2 tường hướng dòng ở cửa vào lấy khoảng 180 - 230 hoặc lớn hơn; góc chụm ở cửa ra không vượt quá 80 - 120 để tránh hiện tượng tách dòng. Các tường cách có thể làm hạ thấp dần theo mái. Cấu tạo cửa ra cần kết hợp với việc bố trí các thiết bị tiêu năng. Cuối bể tiêu năng cần có bộ phận chuyển tiếp ra kênh hạ lưu. Sau bể tiêu năng, cần bố trí một đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài bằng Lsn (xem thuỷ lực II). II. Thân cống. 1. Mặt cắt: cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thường làm vát các góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm, cần đảm bảo: H t ≥ (3-20) []J Trong đó H - cột nước lớn nhất; [J] - gradien cho phép về thấm của vật liệu bê tông; với bê tông cốt thép thông thường, [J] = 10 - 15; khi điều kiện (3-20) không thoả mãn cần có biện pháp sử dụng phụ gia chống thấm. 2. Phân đoạn cống: khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lún không đều. Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, thường khoảng 10 đến 20 mét. 96
  91. Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước. Thiết bị chống rò bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp có cấu tạo như trên hình 3-3. Hình 3-3: Sơ đồ khớp nối cống hộp bằng bê tông. a- Nối tấm ngang b- Nối tấm đứng 1- Bao tải tẩm nhựa đường 2- Đổ nhựa đường. 3- Tấm kim loại hình Ω 4- Tấm kim loại hình phẳng. 5- Vữa BT đổ sau. Khi cột nước tác dụng không cao có thể làm thiết bị chống rò tại khớp nối kiểu dây thừng tẩm nhựa đường. 3. Nối tiếp thân cống với nền: Cống hộp có thể đổ trực tiếp trên nền hay trên lớp bê tông lót dày 10 đến 15cm, khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế ứng suất đáy móng. 4. Nối tiếp thân cống với đập: Thường dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày 0,5 - 1m. Tại chỗ nối tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất đắp được tốt hơn. 97
  92. III. Tháp van. Vị trí tháp van được kiểm tra thông qua tính toán thuỷ lực cống (đảm bảo không sinh nước nhảy trong cống ứng với các mực nước cao) và đảm bảo các yêu cầu khác. Trong tháp, thường bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông hơi khi cần thiết (khi có nước nhảy trong cống và chiều sâu sau nước nhảy xấp xỉ tới trần cống). Mặt cắt ngang tháp thường làm dạng chữ nhật. Chiề u dày thành cũng xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Thường thành tháp có chiều dày thay đổi (kiểu giật cấp) theo sự thay đổi của áp lực ngoài. Phía trên tháp có nhà để đặt máy đóng mở và thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập hoặc bờ. Khi thiết kế tháp van cần chú ý tới yêu cầu kiến trúc, tạo cảnh quan đẹp phục vụ các mục đích dân sinh kinh tế khác. §3-6. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG. I. Mục đích tính toán: Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn. II. Trường hợp tính toán: Cần tính toán cống với các trường hợp làm việc khác nhau: - Khi mới thi công xong, trong cống chưa có nước; - Khi thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước; - Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng; - Khi có lực động đất v.v Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt giữa đỉnh đập), cho một trường hợp đại biểu (chẳng hạn, trường hợp thứ ba). Việc tính toán nội lực và bố trí cốt thép không bắt buộc. 98
  93. III. Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (Trường hợp cống hộp, tính cho 1 mét dài). 1. Áp lực đất. a. Trên đỉnh: q1 = K . ΣγiZi (3-21) Trong đó Zi và γi tương ứng là chiều dày và dung trọng của các lớp đất đắp trên đỉnh cống (phần trên đường bão hoà tính theo dung trọng tự nhiên; phần dưới đường bão hoà tính theo dung trọng đẩy nổi). K - Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt ống: - Ống chôn trong hào, K = f(H/B0); - Ống chôn nổi, K = f(H/B). Trị số của K tra ở các bảng tương ứng (xem "thiết kế cống", hoặc giáo trình thuỷ công) b. Hai bên: Biểu đồ áp lực bên có dạng hình thang (xem hình 3-4) với: 2 ⎛ 0 ϕ ⎞ p1 = q1 tg ⎜45 − ⎟ ; (trên đỉnh); ⎝ 2 ⎠ 2 ⎛ 0 ϕ ⎞ p1' = q1'tg ⎜45 − ⎟ ; (dưới đáy). ⎝ 2 ⎠ Ở đây, q1' = q1 + γđH, γđ là dung trọng đất đắp hai bên thành cống, lấy theo dung trọng đẩy nổi. Để tính nội lực, thường phân tải trọng bên thành 2 bộ phận: Bộ phận đều (có cường độ p1) và bộ phận tuyến tính (có cường độ lớn nhất p1' - p1). 2. Áp lực nước: gồm áp lực nước bên ngoài và bên trong cống (nếu có). áp lực nước ngoài cống tác dụng ở trên đỉnh, 2 bên và dưới đáy cống. Áp lực nước bên trong cống tác dụng ở 2 bên và trên đáy cống. Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thuỷ tĩnh: - Trên đỉnh: q2 = γn Z2 (xem hình 3-4); - Hai bên: p2 = γn Z2 99
  94. p2' = γn (Z2 + H); - Dưới đáy: q3 = γn (Z2 + H); 3. Trọng lượng bản thân: a. Tấm nắp: q4 = γb . tn (tn: chiều dày tấm nắp). b. Tấm bên (phân bố theo phương đứng): q5 = γb . tb (tb - chiều dày tấm bên) c. Tấm đáy: q6 = γb . tđ (tđ - chiều dày tấm đáy). 4. Phản lực nền. Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc loại nền và cách đặt ống; thường r phân bố không đều, song trong tính toán xem gần đúng là phân bố đều, khi đó: q5 ( H− td− t n ) r = q1 + q2 + q4 + q6 + q3 + 2 (3-21) B 5. Sơ đồ lực cuối cùng trường hợp trong cống không có nước (hình 3-4). a. Các lực thẳng đứng: - Phân bố trên đỉnh: q = q1 + q2 + q4 - Phân bố 2 bên thành: q5 - Phân bố dưới đáy: qn = r - q6 + q3 b. Các lực nằm ngang: - Bộ phận đều: p = p1 + p2 - Bộ phận tuyến tính: pt = p1' + p'2 - p1- p2 trong đó các ký hiệu xem hình 3-4. 100
  95. Hình 3-4. Sơ đồ các lực tác dụng lên cống ngầm (Tính kết cấu cống theo phương ngang) §3-7. KẾT LUẬN Tóm tắt các nội dung đã làm, nêu các kết luận, kiến nghị. Bản vẽ: Trên 1 bản khổ A1 cần thể hiện: - Cắt dọc cống; - Mặt bằng cống (1/2 hoàn thành, 1/2 khi chưa đắp đất); - Chính diện thượng lưu, hạ lưu; - Mặt cắt ngang cống, tháp, các tường cánh thượng, hạ lưu; - Chi tiết : khớp nối (cho tấm ngang và tấm đứng). Chú ý: tỷ lệ ngang và đứng trên một hình vẽ phải như nhau. Các tài liệu để tham khảo: 101
  96. 1. Giáo trình thuỷ công tập II 2. Thiết kế cống (Trịnh Bốn, Lê Hoà Xướng) 3. TCXDVN 285-2002 4. Quy phạm tính toán thuỷ lực cống dưới sâu 5. Giáo trình thuỷ lực tập I, II. ĐỒ ÁN SỐ 4: THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC §4-1. MỞ ĐẦU I. Vị trí và nhiệm vụ công trình. Dựa vào tài liệu đã cho, thuyết minh tóm tắt về vị trí và nhiệm vụ công trình. II. Chọn tuyến đập và bố trí công trình đầu mối. 1. Tuyến đập: Dựa vào bình đồ khu đầu mối và mặt cắt địa chất, nêu những căn cứ để chọn tuyến. 2. Chọn loại đập: Dựa vào tài liệu địa chất và vật liệu xây dựng, phân tích để chọn loại đập thích hợp (ở đây là đập bê tông trọnglực). 3. Bố trí tổng thể công trình đầu mối: Trên tuyến đã chọn, cần phân tích điều kiện cụ thể để chọn vị trí đập tràn, vị trí nhà máy thuỷ điện và công trình nâng tàu. III. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 1. Cấp công trình: Xác định theo 2 điều kiện: - Theo chiều cao đập và loại nền (ở đây là đập bê tông trên nền đá). - Theo nhiệm vụ (tưới, phát điện, phòng lũ). Cấp công trình chọn theo trị số nào quan trọng nhất từ các điều kiện trên. 2. Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình và loại đập, xác định được: - Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất tính toán; 102
  97. - Tần suất gió lớn nhất và bình quân lớn nhất tính toán; - Các hệ số vượt tải, hệ số điều kiện làm việc, hệ số tin cậy; - Các độ vượt cao của đỉnh đập (tham khảo của đập đất). §4-2. TÍNH TOÁN MẶT CẮT ĐẬP I. Mặt cắt cơ bản. 1. Dạng mặt cắt cơ bản. Do đặc điểm chịu lực mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực có dạng tam giác (hình 4-1). - Đỉnh mặt cắt ở ngang MNDGC, ở đây MNDGC = MNDBT + Hr, trong đó Ht là cột nước siêu cao, lấy theo tài liệu đã cho ứng với tần suất lũ thiết kế P%. - Chiều cao mặt cắt: H1 = MNDGC - ∇đáy Trong đó ∇ đáy xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập đã cho, lấy tại vị trí sâu nhất sau khi đã bóc bỏ lớp phủ. - Chiều rộng đáy đập là B, trong đó đoạn hình chiếu của mái thượng lưu là nB, hình chiếu của mái hạ lưu là (1-n)B. Trị số n có thể chọn trước theo kinh nghiệm (n = 0 - 0,1). Trị số của B xác định theo các điều kiện ổn định và ứng suất. 2. Xác định chiều rộng đáy đập: a. Theo điều kiện ổn định: H1 B = Kc (4-1) ⎛ γ ⎞ ⎜ 1 ⎟ f⎜ + n − α1 ⎟ ⎝ γ n ⎠ Trong đó: H1 - Chiều cao mặt cắt; f - Hệ số ma sát; γ1 - Dung trọng của đập; γn - Dung trọng của nước; 103
  98. n - Trị số đã chọn ở mục trên; α1 - Hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vì đập cao, công trình quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màn chống thấm. Trị số α1 xác định theo mức độ xử lý nền sơ bộ có thể chọn α1 = 0,4 - 0,6. Trị số α1 sẽ được chính xác hoá bởi việc tính toán xử lý nền sau này; Kc - Hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định trong các quy phạm mới, ổn định của công trình trên nền được đảm bảo khi: m nc . Ntt ≤ R (4-2) K n Trong đó: nc - Hệ số tổ hợp tải trọng; m - Hệ số điều kiện làm việc; Kn - Hệ số độ tin cậy; Ntt và R lần lượt là gía trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và của lực chống giới hạn. Có thể viết (4-2) dưới dạng: R n K ≥ c n (4-3) N tt m So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi n⋅ K K = c n (4-4) c m Hình 4-1. Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản của đập 104
  99. b. Theo điều kiện ứng suất: H B = 1 (4-5) γ 1 (1−n ) + n (2 − n ) − α n 1 Trong đó các đại lượng như đã giải thích ở trên. c. Chọn trị số B: Để thoả mãn đồng thời cả 2 điều kiện ổn định và ứng suất, chọn B là trị số lớn nhất trong 2 trị số đã tính ở trên. II. Mặt cắt thực dụng đập không tràn: Từ mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ sung một số chi tiết ta được mặt cắt thực dụng. 1. Xác định cao trình đỉnh đập. Cũng như đập đất, đỉnh đập bê tông phần không tràn xác định từ 2 điều kiện: ∇đ1 = MNDBT + Δh + ηs + a; (4-6) ∇đ2 = MNLTK + Δh' + ηs' + a'; (4-7) Trong đó Δh và ηs xác định với vận tốc gió tính toán lớn nhất; Δh' và ηs' xác định với vận tốc gió tính toán bình quân lớn nhất pmax (cũng phụ thuộc cấp công trình), tra bảng P2-1 (phụ lục 2). Cách xác định Δh, Δh' giống như đã trình bày trong đồ án thiết kế đập đất. Cách xác định ηs, ηs' như trong đồ án tính toán lực. Trị số của a và a' phụ thuộc vào cấp công trình, có thể tham khảo quy định cho đập đất. Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số lớn nhất theo hai điều kiện (4-6) và (4-7). 2. Bề rộng đỉnh đập: Nếu đỉnh đập không có yêu cầu giao thông nên chọn theo điều kiện cấu tạo: b ≥ 5m, nếu có yêu cầu giao thông thì chọn bề rộng theo cấp đường. 3. Bố trí các lỗ khoét: các hành lang (lỗ khoét) trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sửa chữa; hành lang ở gần nền để sử dụng phụt vữa chống thấm. Kích thước hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi công (kích thước máy khoan phụt và khoảng không cần thiết khi thi công); các hành lang khác chọn không nhỏ hơn 1,2 × 1,6m. 105
  100. Theo chiều cao đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia 15 - 20m. Khoảng cách từ mặt thượng lưu đến mép trước của hành lang chọn theo điều H kiện chống thấm: l = , trong đó H - cột nước tính đến đáy hành lang; J - gradien 1 J thấm cho phép của bê tông, J = 20. Khi có sử dụng phụ gia chống thấm, có thể lấy J lớn hơn. III. Mặt cắt thực dụng của đập tràn. 1. Mặt cắt đập tràn: Chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không. Loại này có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định. Cách xây dựng mặt cắt đập như sau: - Chọn cao trình ngưỡng tràn ngang với MNDBT (tràn tự động); - Chọn hệ trục oxy có: trục ox ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu; trục oy hướng xuống dưới gốc o ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng tràn. - Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn (đường cong aBd). - Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D. - Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R. R = (0,2 - 0,5) (P + Ht) (4-8) Trong đó P - chiều cao đập; Ht - cột nước trên đỉnh tràn. Mặt tràn nước cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF (xem hình 4-2) trong đó: - AB - nhánh đi lên của đường cong Ôphixêrốp (khi mặt thượng lưu đập tràn là nghiêng, cần kéo dài đoạn Ba về phía trước cho đến khi gặp mái thượng lưu tại A); - BC - là đoạn nằm ngang trên đỉnh; - CD - là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp; - DE - là 1 đoạn của mái hạ lưu mặt cắt cơ bản; - EF - là cung cung nối tiếp với sân sau. Khi đập chưa thoả mãn điều kiện ổn định, có thể sửa chữa bằng cách thêm hay bớt một phần ở phía thượng lưu. 106
  101. Hình 4-2. Xây dựng mặt cắt đập tràn 2. Trụ pin và cầu giao thông. Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua, nhưng để đi lại kiểm tra và khai thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông qua đập tràn, trường hợp bề rộng tràn lớn, cần phải làm các trụ pin để đỡ cầu. Mặt trụ thượng hạ lưu cần đảm bảo điều kiện để chảy bao hợp lý. Cao trình đỉnh cầu giao thông chọn ngang đỉnh đập, bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt đập. Trường hợp tràn có cửa van, cần làm cầu công tác để đóng mở van. Chiều cao cầu công tác xác định theo yêu cầu kéo van lên, và độ lưu không cần thiết. §4-3. TÍNH TOÁN MÀN CHỐNG THẤM I. Mục đích: Xác định các thông số cần thiết của màn chống thấm (chiều sâu, chiều dày, vị trí đặt) để đảm bảo được yêu cầu chống thấm đề ra (hạn chế lượng mất nước, giảm nhỏ áp lực thấm lên đáy đập). II. Xác định các thông số của màn chống thấm. 1. Chiều sâu phụt vữa: S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo qui phạm Liên Xô CH 123 - 60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định như sau: - Khi H < 25m: xử lý đến độ sâu có lượng mất nước 0,05 l/ph. - Khi 25m ≤ H < 75m: tương ứng đến 0,03 l/ph; - Khi H ≥ 75m: tương ứng đến 0,01 l/ph. 107
  102. Trong đó H là cột nước thấm lớn nhất của đập. Từ tài liệu ép nước thí nghiệm đã cho, ta xác định được chiều sâu màn S1 (Hình 4- 1). 2. Chiều dày màn chống thấm: xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn: αH δ ≥ (4-9) []J Trong đó αH - cột nước tổn thất qua màn, α = 1 - α1 trong đó α1 đã giả thiết trên; [J] - gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn, xác định như sau (theo CH 123-60): Lượng mất nước khống chế (l/ph) [J] 0,05 10 0,03 15 0,01 20 3. Vị trí màn chống thấm. Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu đập càng tốt. Nhưng để chống thấm cho thành phía trước của hành lang phụt vữa cần H1 khống chế l1 ≥ , trong đó H1 - cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang; Jb - J b gradien thấm cho phép của bê tông, có thể lấy Jb= 20. III. Kiểm tra trị số của α1. Trong thiết kế sơ bộ, có thể áp dụng phương pháp của Pavơlốpxki, theo đó: p 2 α1 = p 1 ⎧ ⎡ 2 ⎤⎫ γ H ⎪1 ⎛ x ⎞ ⎪ n ⎢ ⎜ ⎟ ⎥ Với p1 = γnH; P2 = arccos⎨ 1+ ⎜ ⎟ − b ⎬ π a ⎢ ⎝ S1 ⎠ ⎥ ⎩⎪ ⎣ ⎦⎭⎪ ⎧ ⎛ 2 ⎞⎫ 1 ⎪1 ⎛ x ⎞ ⎪ ⎜ ⎜ ⎟ ⎟ Từ đó α1 = arccos ⎨ ⎜ 1+ ⎜ ⎟ − b⎟⎬ (4-10) π a ⎜ ⎝ S1 ⎠ ⎟ ⎩⎪ ⎝ ⎠⎭⎪ 108
  103. δ trong đó x = ; 2 ⎡ 2 2 ⎤ 1 ⎛ L ⎞ ⎛ L ⎞ a =⎢ 1 + ⎜ 1 ⎟ +1 + ⎜ 2 ⎟ ⎥ (4-11) 2 ⎢ ⎜ S ⎟ ⎜ S ⎟ ⎥ ⎣ ⎝ 1 ⎠ ⎝ 1 ⎠ ⎦ ⎡ 2 2 ⎤ 1 ⎛ L ⎞ ⎛ L ⎞ b =⎢ 1 + ⎜ 2 ⎟ −1 + ⎜ 1 ⎟ ⎥ (4-12) 2 ⎢ ⎜ S ⎟ ⎜ S ⎟ ⎥ ⎣ ⎝ 1 ⎠ ⎝ 1 ⎠ ⎦ Trong đó các ký hiệu xem trên hình (4-1) Trường hợp α1 tính theo (4-10) không phù hợp với trị số đã giả thiết ở 4-2, cần chọn lại các thông số của màn chống thấm (L1, L2, δ), hoặc là tính lại mặt cắt đập theo trị số α1 mới. §4-4. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐẬP TRÀN I. Tính toán khẩu diện tràn. 1. Công thức chung: Tài liệu đã cho cao trình ngưỡng, cột nước lớn nhất trên tràn (ứng với tần suất thiết kế) và lưu lượng cần tháo. Cần xác định bề rộng tràn để tháo được lưu lượng cần thiết. Sử dụng công thức chung của đập tràn: 3/2 Qt = εσnmΣb 2g H0 (4-13) Trong đó ε - hệ số co hẹp bên; σn - hệ số ngập, trường hợp đập tràn chảy tự do thì σn = 1; m - hệ số lưu lượng; Σb - tổng chiều dài tràn nước; H - cột nước trên đỉnh tràn; Qt - lưu lượng tháo qua tràn. 2. Xác định các thông số: 109