Đồ án Thiết kế sơ bộ hồ chứa nước Dương Đông - Đảo Phú Quốc

B Trong đó: - m: hệ số phụ thuộc vào loại đập tràn; đối với đập đỉnh rộng, Sơ bộ lấy m = 0,42. - B: chiều rộng tràn nước. - H0: cột nước tràn. H0 = H + Trong tính toán sơ bộ ta có thể bỏ qua cột nước lưu tốc, có thể lấy H0 = H. - Dựa vào quan hệ Z ~ V, ứng với các cao trình mực nước giả thiết ở trên tra ra dung tích kho tương ứng là VK và tìm được VPL = VK – VTL Với: VTL- dung tích kho ứng với trước khi có lũ. - Tính giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q vừa tìm được ở trên rồi vẽ lên biểu đồ gọi là biểu đồ phụ trợ. Sử dụng biểu đồ phụ trợ để tính điều tiết lũ. - Với mỗi thời đoạn Dt, tính được - Từ q1 đã biết, tra trên biểu đồ được f1 - Tính f2 = f1 + . Từ f2 tra biểu đồ phụ trợ được q2 (là lưu lượng xả cuối thời đoạn). Lập lại bước 2 cho các thời đoạn sau cho đến khi kết thúc. Xác định Vsc và Zsc Để thuận tiện cho việc tính toán ta lập bảng tính Giải thích bảng tính: Bảng tính đường phụ trợ - Cột 1: Số thứ tự tính toán. - Cột 2: Các mực nước giả thiết (bắt đầu từ Zngưỡng) - Cột 3: Các giá trị cột nước trên ngưỡng tràn Htr = Zgt - Zngưỡng. - Cột 4: Lưu lượng chảy qua công trình tràn, đối với đập tràn ngưỡng rôngj chảy tự do( cửa van mở hoàn toàn), tính theo công thức: q = e.m.B.. - Cột 5: Dung tích kho nước được nội suy từ quan hệ Z ~ V. - Cột 6: Dung tích phòng lũ Vpl = Vk - Vngưỡng - Cột 7: Tính f1 = . - Cột 8: Tính f2 =. Bảng tính điều tiết lũ: - Cột 1: thứ tự tính toán - Cột 2: Thời đoạn tính toán Dt, với Dt = 2h - Cột 3: Lưu lượng lũ đến (tài liệu dòng chảy lũ ứng với Ptk = 1% ). - Cột 4: Lưu lượng trung bình . - Cột 5: Lưu lượng xả - Cột 6: f1 được nội suy khi biết qxả dựa vào quan hệ f1 ~ q. - Cột 7: f2 = f1 + Qtb = (3) + (5). - Cột 8: Cột nước trên ngưỡng tràn, được xác định theo công thức: - Cột 9: mực nước siêu cao( tính từ MNDBT trở lên). HSC = Ht – HMNDBT Với: HMNDBT = 3 m: cột nước trên ngưỡng tràn ứng với MNDBT. - Cột 10: cao trình mực nước. - Cột 11: dung tích hồ tương ứng với mực nước( tra quan hệ Z ~ V) Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất Ptk = 1% Phương án qmax(m3/s) Hsc(m) Zsc(m) Vsc(106m3) Btr = 12m 155.99 3.91 27.21 5.44 Btr = 15m 159.84 3.42 26.72 5.22 Btr = 18m 165.81 3.11 26.41 5.08 Tính toán chi tiết điều tiết lũ xem ở Phụ lục 1. THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC CÔNG TRÌNH Đặt vấn đề Trong phần thiết kế sơ bộ công trình đầu mối cần đưa ra nhiều phương án khác nhau bao gồm các phương án về tuyến công trình, hình thức, kết cấu công trình, về vật liêu xây dựng, kích thước công trình…Nhưng trong phạm vi của đồ án này chỉ dựa trên cơ sở tính toán về khối lượng và giá thành để chọn phương án tối ưu. Ta chỉ thiết kế sơ bộ đập dâng và tràn xả lũ để tính toán chọn phương án, còn cống lấy nước và những công trình bảo vệ khác do sự sai khác về khối lượng giữa các phương án là không đáng kể nên ta không đề cập đến. Được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn đưa ra 3 phương án về kích thước bề rộng cửa tràn để thiết kế chọn phương án hợp lý nhất đó là: Btr = 12m; 15m;18m. Tiến hành thiết kế các hạng mục chính với 3 phương án đã chọn gồm có: Đập đất, tràn xả lũ và cống lấy nước Mục tiêu đưa ra là sau khi thiết kế sơ bộ ta tiến hành tính toán khối lượng và giá thành của từng phương án. Sau đó so sánh để đưa ra phương án tối ưu nhất vừa đảm bảo chất lượng cho công trình đồng thời có giá thành rẻ nhất. Thiết kế sơ bộ đập đất Chọn hình thức và vị trí đập Vị trí đập Hình thức đập Căn cứ vào điều kiện địa chất nền, vật liệu xây dựng tại chỗ cũng như chiều cao đập ta chọn hình thức đập là đập đất đồng chất. Thiết bị thoát nước: đống đá tiêu nước kiểu lăng trụ ở đoạn lòng sông và kiểu áp mái ở đoạn sườn đồi. Bảo vệ mái đập: tấm bê tông ở thượng lưu, trồng cỏ có bố trí rãnh thoát nước ở hạ lưu. Đỉnh đập rải bê tông cốt thép để thuận lợi cho việc quản lý và chống xói mòn mặt đập Các tài liệu thiết kế Cấp công trình: công trình cấp III Cao trình đáy đập: +4.53 Cao trình MNC: +13 Cao trình MNDBT: +23.3 Tần suất gió lớn nhất P = 4%, tương ứng có V = 27,3m/s. Tần suất gió bình quân lớn nhất P = 50%, tương ứng có V’=25,6 m/s. Chiều cao an toàn của đập TCN 157-2005: a = 0,7;a’ = 0,5. Thời gian gió thổi liên tục t = 6h(Theo QPTL C1-78) Đà gió được xác định dựa vào bình đồ, theo tài liệu hướng gió thịnh hành Bảng 5-1: Đà gió theo hướng gió thịnh hành Btr MNDBT MNDGC D(m) D’(m) 12 23.3 27.21 1.285 1.334 15 26.72 1.285 1.328 18 26.41 1.285 1.325 Xác định cao trình đỉnh đập Cao trình đỉnh đập được xác định theo công thức: Z1 = MNDBT + d1 (5 – 1) Z2 = MNDGC + d2 (5 – 2) Trong đó: d: Độ vượt cao của đỉnh đập trên mực nước tĩnh thượng lưu được tính theo công thức (2) trang 19, 14TCN157 – 2005: d = Dh + hsl + a Dh: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (m) . hsl: chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (m). a: độ vượt cao an toàn (m). Xác định Dh và hsl ứng với gió lớn nhất V = 27.3 m/s Xác định độ dềnh mực nước do gió Dh Tính theo công thức 114 trang 42 QPTL C1–78: Dh = 2.10-6.cosa (5– 3) Trong đó: V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s) D: Đà gió ứng với MNDBT g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s H: Chiều sâu nước trước đập, H = MNDBT - Ñđáy a: góc kẹp giữa hướng gió tính toán với trục hồ, a = 30o Xác định chiều cao sóng leo ứng với gió lớn nhất: hsl Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo được tính với mức bảo đảm P = 1%. Tính theo công thức: hsl1% = K1. K2. K3. K4.Kb. hs1% (5– 4) Trong đó: hs1%: chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% K1, K2, K3, K4: các hệ số. hs1% xác định như sau (theo QPTL C1-78) Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > Tính các đại lượng không thứ nguyên . Trong đó: t – thời gian gió thổi liên tục, do không có tài liệu quan trắc nên lấy t = 6 (h) = 21600 (s) K1%==2,10 - xác định theo đồ thị hình 36, trang 47 QPTL C1-78. Chiều cao trung bình của sóng : (m) . Trị số và : Xác định theo đường cong bao phía trên đồ thị hình 35, trang 46 QPTLC1-78 và lấy với giá trị nhỏ hơn, từ đó xác định được và ; - chiều dài trung bình bước sóng, xác định như sau: Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu. Xác định các hệ số K1, K2, K3, K4 K1, K2: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia cố mái đập thượng lưu, mái thượng lưu gia cố bằng BTCT M200, xác định theo bảng 6 trang 14 QPTL C1-78. K3: Hệ số phụ thuộc mái đập thượng lưu ở đoạn chịu tác động của sóng, xác định theo (bảng 7) QPTL C1-78. : xác định theo đồ thị hình 10, trang 15 QPTL C1-78. Với m - hệ số mái đập thượng lưu ở phạm vi chịu tác động của sóng, m=3,0 (m) - Chiều dài trung bình bước sóng. Kb - Hệ số phụ thuộc vào góc kẹp giữa hướng gió với trục hồ, được xác định theo bảng 9 trang 15 QPTL C1-78. Xác định Dh’ và h’sl với gió bình quân lớn nhất V’= 25,6 m/s Cách tính tương tự như trên nhưng ứng với V’ và 3 trường hợp MNDGC với D1’,D2’, D3’ Để thuận tiện cho tính toán ta lập bảng: Bảng 5 – 2: Bảng xác định cao trình đỉnh đập TT Thông số tính toán Đơn vị 12 15 18 MNDBT MNDGC MNDBT MNDGC MNDBT MNDGC 23.30 27.21 23.3 26.72 23.3 26.41 1 Ñ đáy đập m 4.53 4.53 4.53 4.53 4.53 4.53 2 Hđập m 18.77 22.68 18.77 22.19 18.77 21.88 3 D m 1.285 1.334 1.285 1.328 1.285 1.325 4 V m/s 27.30 25.6 27.3 25.6 27.3 25.6 5 a độ 30.00 30 30 30 30 30 6 Dh m 0.00901 0.00681 0.00901 0.00693 0.00901 0.00701 7 gD/V² 16.91 19.97 16.91 19.89 16.91 19.83 8 gt/V 7761.758 8277.19 7761.76 8277.19 7761.76 8277.19 9 0.007729 0.00849 0.00773 0.00847 0.00773 0.00846 10 0.941923 1.00191 0.94192 1.00036 0.94192 0.99938 11 m 0.587154 0.56732 0.58715 0.56594 0.58715 0.56507 12 s 2.62 2.61 2.62 2.61 2.62 2.61 13 m 10.73 10.67 10.73 10.64 10.73 10.62 14 1.7 2.1 1.7 2.1 1.7 2.1 15 Sóng nước Sâu Sâu Sâu Sâu Sâu Sâu 16 K1% 2.051099 2.0513 2.0511 2.05129 2.0511 2.05129 17 hs1% m 1.164 1.164 1.204 1.161 1.204 1.159 18 H/hs1% 15.59 19.49 15.59 19.11 15.59 18.88 19 D/ h%1s 0 0 0 0 0 0 20 8.91 9.17 8.91 9.17 8.91 9.16 21 K1 1 1 1 1 1 1 22 K2 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 23 K3 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 24 K4 1.160825 1.17752 1.16083 1.17714 1.16083 1.1769 25 Kb 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 26 hsl1% m 1.736308 1.70194 1.73631 1.69725 1.73631 1.69429 27 a m 0.7 0.5 0.7 0.5 0.7 0.5 28 Hđập m 21.27 24.97 21.27 24.47 21.27 24.17 29 Cao trình đỉnh đập m 25.75 29.42 25.75 28.92 25.75 28.61 30 Chọn m 25.80 29.50 25.80 29.00 25.80 28.70 Bảng 5 – 3: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập MNDBT Phương án B1=12m B1=15m B1=18m Ñđỉnh đập 23.3 29.50 29.00 28.70 Bề rộng đập Chiều rộng và cấu tạo đỉnh đập được xác định dựa vào điều 4.2 tiêu chuẩn ngành 14TCN 157-2005, gồm các nội dung cơ bản sau: Chiều rộng đỉnh đập phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác, có xét đến cấp công trình nhưng không nên nhỏ dưới 5m. Khi có yêu cầu kết hợp đường giao thông công cộng thì phải thiết kế theo tiêu chuẩn đường giao thông. => Qua những điều cơ bản như trên, dựa vào đặc điểm công trình ta sơ bộ chọn chiều rộng đỉnh đập Bđ =5m Mái và cơ đập Mái đập Mái đập trong thiết kế sơ bộ được quy định trong điều 4.3.1 – 14 TCN 157-2005. Sơ bộ xác định mái đập theo công thức kinh nghiệm (Đồ án môn học thủy công): Mái thượng lưu: m1 = 0,05H + 2,00 Mái hạ lưu: m2 = 0,05H + 1,50 Bảng 5-4: Hệ số mái trung bình đập đất Phương án Btr (m) H (m) m1 m2 1 12 22.68 3.1 2.6 2 15 22.19 3.1 2.6 3 18 21.88 3.1 2.6 Cơ đập được quy định theo điều 4.3-14 TCN 157-2005 ta bố trí cơ đập ở cả thượng lưu, hạ lưu đập Hệ số mái tính ở trên chỉ là hệ số trung bình, vì đập cao nên ta chọn mái có độ dốc thay đổi. Bảng 5-5: Hệ số mái đập đất cho từng phương án Btr Phương án Btr(m) Mái thượng lưu Mái hạ lưu m1 m’1 m2 m’2 1 12 3.5 3.0 3.0 2.75 2 15 3.5 3.0 3.0 2.75 3 18 3.5 3.0 3.0 2.75 Sau này hệ số mái được chính xác hóa trong quá trình tính ổn định. Cơ đập Cơ đập được quy định theo điều 4.3-14 TCN 157-2005 ta bố trí cơ đập ở cả thượng lưu, hạ lưu đập. Mái hạ lưu: bố trí cơ ở cao trình +15.0, bề rộng cơ chọn b = 3(m) Mái thượng: bố trí cơ ở cao trình +15.0 m. Bề rộng cơ chọn b = 3 (m). Các cấu tạo khác Thiết bị thoát nước Nhiệm vụ Thoát nước thấm qua thân đập và nền đập về hạ lưu, không cho dòng thấm thoát ra trên mái đập. Hạ thấp đường bão hòa để nâng cao độ ổn định cho mái hạ lưu. Ngăn ngừa các biến dạng do thấm. Hình thức Thiết bị thoát nước có nhiều hình thức khác nhau cho từng đoạn đập. Thông qua so sánh kinh tế, kĩ thuật và phụ thuộc các điểu kiện cụ thể của đập như loại đập, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn của nền, điều kiện thi công... Ta sơ bộ chọn 2 hình thức cơ bản thường gặp: Thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ áp dụng cho những đoạn đập nằm ở lòng sông khi hạ lưu có nước, có tác dụng chống trượt cho mái đập hạ lưu. Thiết bị thoát nước kiểu áp mái áp dụng cho những đoạn đập nằm ở các thềm sông, ở đập thấp không bị ngập nước, hoặc thường xuyên không bị ngập nước. Bảo vệ mái Mái thượng lưu Gia cố bằng tấm BTCT từ cao trình +15.0 trở lên. Phần còn lại gia cố bằng đá hộc lát khan dày 30cm, dưới lớp đá lát có bố trí 2 lớp sạn sỏi và cát lọc mỗi lớp dày 15 cm. Mái hạ lưu Từ cao trình +15.0 trở lên trồng cỏ chống xói, có rãnh tiêu thoát nước mái bằng bê tông M150 và rãnh tiêu thoát nước vai đập bằng đá xây M100. Thiết kế tràn xả lũ Chọn tuyến Tiêu chí và nguyên tắc chọn tuyến Phải xét đến điều kiện địa chất để tránh bị sạt lở, ảnh hưởng tới an toàn của công trình Lợi dụng điều kiện địa hình để giảm tối đa khối lượng đào đắp đất, đá, bêtông. Vị trí và bộ phận cửa vào và ra của đường tràn phải thích hợp để không làm xói lở đập và các công trình khác trong hệ thống công trình đầu mối, đảm bảo làm việc bình thường cho toàn bộ hệ thống. Căn cứ chọn tuyến Căn cứ vào tài liệu đã chọn: bình đồ khu đầu mối, tài liệu địa hình, tài liệu địa chất lòng hồ, tài liệu về vật liệu xây dựng …. Qua đánh giá về khả năng ổn định trên nền tràn xả lũ thì tràn xả lũ đập Dương Đông bố trí Tràn đặt tại vị trí phía trái đập trên nền đá sét kết ổn định, có kênh xả sau tràn trực tiếp ra rạch Dương Đông rất thuận lợi. Chọn hình thức và kết cấu tràn Hình thức Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện địa chất, vật liệu xây dựng tại đầu mối chọn hình thức công trình tháo lũ là đường tràn dọc. Nối tiếp bằng dốc nước, tiêu năng bằng mũi phun. Chọn hình thức tràn có cửa. Ưu điểm của hình thức này là khối lượng đào đất đá và khối lượng xây đúc ít hơn tràn tự do, giá thành rẻ hơn. Kết cấu tràn Thường gồm 3 bộ phận Bộ phận nối tiếp thượng lưu (bộ phận cửa vào) Đưa dòng chảy từ hồ vào ngưỡng tràn một cách thuận dòng, chống xói lở thượng lưu tràn. Cấu tạo gồm tường cánh và sân trước. Bộ phận ngưỡng tràn Điều tiết lưu lượng và mực nước, bố trí cầu giao thông và cầu công tác. Cấu tạo gồm bản đáy, tường bên, trụ pin. Cao trình ngưỡng tràn Ñngưỡng = +20.3m Bề rộng tràn: 12m, 15m và 18m. Chiều dài ngưỡng, xác định căn cứ vào điều kiện ổn định và ứng suất. Bộ phận nối tiếp hạ lưu Nối tiếp dòng chảy sau ngưỡng tràn với hạ lưu bằng dốc nước, tiêu năng bằng mũi phun. Hình thức dốc nước: Vì chiều dài dốc nước ngắn nên toàn bộ dốc nước có chiều rộng không đổi. Vật liệu xây dựng Toàn bộ công trình tràn xả lũ: kết cấu ngưỡng tràn, dốc nước, bể tiêu năng được cấu tạo bằng bêtông cốt thép M200. Xây dựng mặt cắt thực dụng của ngưỡng tràn Xây dựng mặt cắt cơ bản của đập tràn Ngưỡng tràn theo hình thức đập tràn thực dụng kiểu Ophixêrôp, đập hình cong không chân không loại I. Qua nghiên cứu và tính toán thiết kế cho thấy mặt cắt được sử dụng phổ biến phù hợp với điều kiện chịu lực là dạng tam giác, tải trọng tính toán bao gồm trọng lượng bản thân, áp lực nước, áp lực thấm. Chiều rộng đáy đập được xác định theo điều kiện ứng suất và điều kiện ổn định. Ta xét một đoạn đập có chiều dài đơn vị là 1m, có tiết diện ngang là hình tam giác, chiều rộng đáy, chiều cao: H = MNDGC - Ñđáy = 26.72 – 19.0 = 7,72 m Xem mực nước thượng lưu ngang đỉnh đập, hạ lưu không có nước. Theo điều kiện ứng suất Xác định chiều rộng đáy tràn theo công thức (8-5) trang 200 GT Thủy công I: (5– 6) H: Chiều cao mặt cắt, H = 7,72 m g1: Trọng lượng riêng của vật liệu xây tràn (bêtông), chọn g1 = 2,4 T/m3. gn: Trọng lượng riêng của nước, gn = 1,0 T/m3. a1: Hệ số cột nước thấm còn lại sau màn chống thấm, sơ bộ chọn a1=0,5 n: Hệ số mái thượng lưu, chọn n = 0 (mái thẳng đứng) Thay các giá trị vào công thức: Theo điều kiện ổn định Theo công thức (8 – 11) trang 202 GT Thủy công I: (5– 7) Trong đó: f: Hệ số ma sát giữa đập và nền, sơ bộ chọn f = 0,65. g1: Trọng lượng riêng của vật liệu xây tràn (bêtông), chọn g1 = 2,4 T/m3. gn-: Trọng lượng riêng của nước, gn = 1,0 T/m3. a1: Hệ số cột nước thấm còn lại sau màn chống thấm,sơ bộ chọn a1 = 0,5 kc: Hệ số an toàn ổn định của đập, theo quan điểm tính toán ổn định trong các quy phạm mới (5– 8) Trong đó: nc: hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 0,9 ( ở đây tải trọng đặc biệt). m: hệ số điều kiện làm việc, m = 1. Kn: hệ số độ tin cậy ứng với công trình cấp 3, Kn = 1,15. Ntt và R lần lược là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và lực chống trượt giới hạn. Có thể viết (5– 8) dưới dạng: (5– 9) So sách với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi: Thay các giá trị vào công thức: Vì chiều rộng đáy đập phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện nên ta chọn trị số B lớn nhất trong 2 điều kiện trên nên B =9,00 m. Mặt khác tràn đặt trên nền đá hệ số ma sát nhỏ, để đảm bảo ổn định chiều rộng đáy phải tăng lên nhiều so với điều kiện cường độ. Tính tương tự cho các trường hợp Btr Bảng 5 – 6: Bảng tính toán bề rộng đáy đập của mặt cắt ngang tràn: Zngưỡng Zđáy Btràn MNDGC H Bứng suất Bổn định Bthiết kế 20.3 19 12 27.21 8.21 5.96 9.48 9.5 15 26.72 7.72 5.60 8.92 9.0 18 26.41 7.41 5.38 8.56 9.0 Mặt cắt thực tế của tràn Đập tràn thực dụng kiểu Ophixêrôp, đập hình cong không chân không loại I, loại này có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định. Cao trình ngưỡng thấp hơn MNDBT 3m là: 20.3 m. Chọn hệ trục tọa độ OXY, có: Gốc O tại đỉnh tràn ngay mép thượng lưu. Trục OX nằm ngang, hướng về phía hạ lưu. Trục OY thẳng đứng, hướng xuống. Lập bảng tọa độ đường cong mái hạ lưu tràn: Có cột nước tràn thiết kế: Htr. Tra Phụ lục (14-2) BTTL ứng với loại đập Ophixêrôp không chân không loại I, ta được các giá trị ứng với Htk = 1m, ta tính được tọa độ X, Y của mặt cắt ngang đập là: X = .Htk ; Y = .Htk. Vẽ đường cong Ophixêrôp trong hệ trục đã chọn: Hình 6 – 1: Xây dựng mặt cắt đập tràn Vẽ đường cong Ophixêrôp trong hệ trục đã chọn, sau đó tịnh tiến đường cong này theo phương ngang về phía hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D. Chân tràn nối tiếp với dốc nước là đường cong có bán kính R, được xác định theo công thức sau: R = (0,2 ÷ 0,5).(P + Htr) (5– 10) Trong đó: P: chiều cao tràn P = 23.3 – 20.3 = 3m. Htr: cột nước tràn. Mặt tràn nước cuối cùng sẽ là ABCDEF ( xem hình 6 – 1) AB: nhánh đi lên của đường cong Ôphixêrốp. BC: đoạn nằm ngang trên đỉnh. CD: là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp. DE: là một đoạn của mái hạ lưu mặt cắt cơ bản EF: là cung nối tiếp với sân sau. Bảng 5 – 7: Tọa độ mặt cong của đường tràn Ôphixêrôp theo các PA Tọa độ Btr = 12 m Btr = 15 m Btr = 18 m Htr =3.91 Htr =3.42 Htr = 3.11 X Y X Y X Y 0.0 0.126 0.000 0.493 0.000 0.431 0.000 0.392 0.1 0.036 0.391 0.141 0.342 0.123 0.311 0.112 0.2 0.007 0.782 0.027 0.684 0.024 0.622 0.022 0.3 0 1.173 0.000 1.026 0.000 0.933 0.000 0.4 0.007 1.564 0.027 1.368 0.024 1.244 0.022 0.6 0.06 2.346 0.235 2.052 0.205 1.866 0.187 0.8 0.147 3.128 0.575 2.736 0.503 2.488 0.457 1.0 0.256 3.910 1.001 3.420 0.876 3.110 0.796 1.2 0.393 4.692 1.537 4.104 1.344 3.732 1.222 1.4 0.565 5.474 2.209 4.788 1.932 4.354 1.757 1.7 0.873 6.647 3.413 5.814 2.986 5.287 2.715 2.0 1.235 7.820 4.829 6.840 4.224 6.220 3.841 2.5 1.96 9.775 7.664 8.550 6.703 7.775 6.096 3.0 2.824 11.730 11.042 10.260 9.658 9.330 8.783 3.5 3.818 13.685 14.928 11.970 13.058 10.885 11.874 4.0 4.93 15.640 19.276 13.680 16.861 12.440 15.332 4.5 6.22 17.595 24.320 15.390 21.272 13.995 19.344 Bảng 5 – 8: Bảng thể hiện bán kính cong nối tiếp với hạ lưu P Btr (m) Htr (m) R (m) 1 12 3.91 2.76 2 15 3.42 2.57 3 18 3.11 2.44 Xác định Ln: Sơ bộ xác định chiều dài ngưỡng Ln theo điều kiện sau: (5– 11) Trong đó: H: cột nước lũ lớn nhất thiết kế. B: chiều rộng đáy tràn (đã xác định ở trên). Bảng 5 – 9: Bảng tính toán chiều dài ngưỡng cho các phương án Btr (m) B (m) Htr (m) Ln (m) 12 9.5 3.91 2.61 15 9.0 3.42 2.28 18 9.0 3.11 2.07 Vậy sơ bộ chọn Ln = 9m. Tính toán thủy lực dốc nước Mục đích Xác định đường mặt nước trên dốc nước; từ đó xác định chiều cao tường bên, chiều dày bản đáy dốc nước và kiểm tra điều kiện không xói trong dốc nước. Tài liệu thiết kế Chiều dài dốc nước: Ld = 90 m Chiều rộng dốc nước: Dốc nước có chiều rộng không đổi trên cả đoạn chiều dài. Chiều rộng dốc nước sơ bộ lấy bằng chiều rộng tràn nước Btr. Cao trình đầu dốc nước: Ñđd = 18 m Cao trình cuối dốc: Ñcd = 18 – 10%.90 = +9.0 m Độ dốc dốc nước: i = 20% Hệ số nhám: n = 0,017 Bề rộng dốc: Bd = Btr + Bmố Btràn (m) Bmố (m) 12 15 15 18 18 21 Xác định đường mặt nước trên dốc nước Tính chiều sâu dòng chảy và lưu tốc đầu dốc nước Chiều sâu dòng chảy đầu dốc nước chính là chiều sâu mặt cắt co hẹp sau ngưỡng tràn hc. Xác định theo phương pháp Agơrốtkin: Bước 1: Tính : Trong đó: q: lưu lượng đơn vị tại mặt cắt co hẹp. j = 0,95: hệ số lưu tốc. E0: năng lượng đơn vị của dòng chảy ở thượng lưu so với mặt chuẩn đã chọn là đầu dốc. H0: Cột nước toàn phần trên đỉnh tràn P: Chênh lệch địa hình từ cao trình ngưỡng tràn đến mặt chuẩn: Bước 2: Tìm tc và tính Vc Có F(tc) tra Phụ lục (15-1) Bảng tra thủy lực được tc. hc = tc. E0 Lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt co hẹp: Kết quả tính toán cho 3 trường hợp được thể hiện ở bảng sau: Bảng 5 – 10: Kết quả tính toán chiều sâu dòng chảy và lưu tốc đầu dốc B dốc Htr P q E0 F(tc) tc hc Vc 15 155.99 3.91 3.0 10.40 7.00 0.591 0.144 1.01 10.30 18 159.84 3.42 3.0 8.88 6.51 0.562 0.137 0.89 9.98 21 165.81 3.11 3.0 7.90 6.20 0.538 0.130 0.81 9.78 So sánh vc với [ v]: Với dốc nước bêtông cốt thép M200 Tra bảng 5 trang 91 TCVN 4118-85 ta xác định được lưu tốc cho phép của vật liệu làm dốc Vc <[ v] = 15m/s Þ Đảm bảo yêu cầu phòng xói. Xác định độ sâu dòng đều trong dốc nước ho Dùng phương pháp đối chiếu lợi nhất về mặt thuỷ lực của Agơrôtskin. Bước 1: Tính f (Rln) f (Rln) = Trong đó: m = 0: hệ số mái của dốc nước (chọn dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật). i: độ dốc dốc nước, i = 0,2 Q: lưu lượng tháo qua dốc nước, Q = Qxảmax Bước 2: Có f (Rln) và tra Rln từ Phục lục (8-1) Bảng tra Thủy lực. Bước 3: Tìm Lập tỉ số rồi tra Phục lục (8-3) Bảng tra Thủy lực Bước 4: Độ sâu dòng đều trên dốc nước: Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng sau: Bảng 5 – 11: Kết quả tính toán độ sâu dòng đều trên dốc nước Bdốc f(Rln) Rln Bdn/Rln h/Rln h0 15 155.99 0.0229 0.893 16.80 0.668 0.60 18 159.84 0.0224 0.900 20.00 0.597 0.54 21 165.81 0.0216 0.914 22.98 0.547 0.50 Xác định độ sâu phân giới hk Vìdốc nước có mặt cắt hình chữ nhật nên theo ta có công thức tính hk: Trong đó: a = 1 -1,1: hệ số động lượng, lấy a = 1; g = 9,81m/s2: gia tốc trọng trường. :lượng đơn vị Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng sau: Bảng 5 – 12: Kết quả tính toán độ sâu phân giới Bdốc (m) (m3/s) q (m3/s.m) hk (m) 15 155.99 10.40 2.23 18 159.84 8.88 2.00 21 165.81 7.90 1.85 Xác định độ dốc phân giới ik Xác định từ công thức tính lưu lượng của Cêzi: ta được: Trong đó: Q: lưu lượng xả lớn nhất wk: diện tích ướt ứng với độ sâu hk : bán kính thuỷ lực ứng với độ sâu phân giới ck = B + 2hk: chu vi ướt ứng với độ sâu phân giới : hệ số Cedi, xác định theo công thức Maninh Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng sau: Bảng 6 – 13: Kết quả tính toán độ dốc phân giới ik Bdốc hk wk ck Rk Ck ik 15 155.99 2.23 33.38 19.45 1.72 64.36 0.034 18 159.84 2.00 36.06 22.01 1.64 63.87 0.025 21 165.81 1.85 38.90 24.70 1.57 63.45 0.019 So sánh i = 0,2 > ik h0 < hc < hk Vậy dạng đường mặt nước trên dốc nước là đường nước đổ bII . Tính toán định lượng đường mặt nước Dùng phương pháp cộng trực tiếp để tính toán. Chia dốc nước thành n đoạn ngắn, như vậy ta sẽ có (n+1) mặt cắt. Xác định đường mặt nước theo công thức: Trong đó: DL: khoảng cách giữa 2 mặt cắt tính toán. D': chênh lệch tỉ năng giữa 2 mặt cắt. I: độ dốc của dốc nước i = 0,1 : độ dốc thuỷ lực trung bình giữa 2 mặt cắt tính toán. Để thuận tiện cho việc tính toán, ta lập bảng tính toán đường mặt nước: Cột 1: Thứ tự mặt cắt tính toán trên dốc nước. Cột 2: Chiều rộng đáy dốc nước tại mặt cắt tính toán Cột 3: Chiều sâu cột nước giả thiết tại mặt cắt tính toán. Cột 4: Diện tích ướt tại mặt cắt tính toán wi = Bi. hi Cột 5: Lưu tốc tại mặt cắt tính toán vi = , Q = Cột 6: Tỉ năng tại mặt cắt tính toán i = hi + Cột 7: Chênh lệch tỉ năng giữa 2 mặt cắt D= i - i-1 Cột 8: Chu vi ướt tại mặt cắt tính toán ci = Bi + 2hi Cột 9: Bán kính thuỷ lực Ri = Cột 10: Hệ số Cedi Ci = , n = 0,017 là hệ số nhám của vật liệu làm dốc Cột 11: Độ dốc thuỷ lực Ji = Cột 12: Độ dốc trung bình Ji = Cột 13: Hiệu số i - Cột 14: Khoảng cách giữa 2 mặt cắt tính toán DLtt = Cột 15: Cộng dồn DLtt đến khi åDLtt = Ldốc = 90 m thì dừng lại. Sau đây là bảng kết quả tính toán cho phương án Btr = 15 m. Bảng 5 – 14: Bảng tính toán đường mực nước trên dốc nước, Btr = 15m Mặt Cắt B (m) H (m) w (m2) V (m/s) Э (m) Dэ (m) X (m) R (m) C J Jtb i - Jtb DL (m) åDL (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] 1 18 2.003 36.1 4.4 3.0 22.006 1.638 63.9 0.0029 0.0 2 18 1.853 33.4 4.8 3.0 0.019 21.706 1.537 63.2 0.0037 0.0033 0.097 0.19 0.2 3 18 1.703 30.7 5.2 3.1 0.065 21.406 1.432 62.5 0.0049 0.0043 0.096 0.68 0.9 4 18 1.553 28.0 5.7 3.2 0.131 21.106 1.325 61.6 0.0065 0.0057 0.094 1.38 2.3 5 18 1.403 25.3 6.3 3.4 0.225 20.806 1.214 60.8 0.0089 0.0077 0.092 2.44 4.7 6 18 1.253 22.6 7.1 3.8 0.368 20.506 1.100 59.8 0.0128 0.0109 0.089 4.13 8.8 7 18 1.000 18.0 8.9 5.0 1.207 20.000 0.900 57.8 0.0262 0.0195 0.080 14.99 23.8 8 18 0.852 15.3 10.4 6.4 1.375 19.703 0.778 56.4 0.0439 0.0351 0.065 21.18 45.0 9 18 0.800 14.4 11.1 7.1 0.686 19.600 0.735 55.9 0.0537 0.0488 0.051 13.39 58.4 10 18 0.731 13.2 12.2 8.3 1.175 19.462 0.676 55.1 0.0719 0.0628 0.037 31.61 90.0 Kết quả tính toán các phương án khác xem ở PHỤ LỤC Xác định chiều cao tường bên, chiều dày bản đáy dốc nước Chiều cao tường bên Vì thiết kế sơ bộ nên cho phép thiết kế chiều cao tường không phải xét đến hàm khí. Công thức xác định cao trình đỉnh tường: Ñđỉnh tường = Ñđáy tường + h + a 6 –10) Trong đó: h: chiều sâu cột nước tại mặt cắt tính toán a: độ vượt cao an toàn. Sơ bộ chọn a = 0,5m. Sơ bộ tính chiều cao tường bên ta chỉ cần tính cho 3 mặt cắt: Mặt cắt (1 – 1): mặt cắt đầu dốc nước. Mặt cắt (2 – 2): mặt cắt giữa dốc nước. Mặt cắt (3 – 3): mặt cắt cuối dốc nước. Bảng 5 – 15: Bảng tính chiều cao tường bên dốc nước theo 3 phương án Btr Mặt cắt (1 – 1) Mặt cắt (2 – 2) Mặt cắt (3 – 3) h1 ht1 h2 ht2 h3 ht3 12 2.23 2.73 0.97 1.47 0.83 1.33 15 2.00 2.50 0.85 1.35 0.73 1.23 18 1.85 2.35 0.77 1.27 0.67 1.17 Chiều dày bản đáy Chiều dày bản đáy t phụ thuộc vào chiều sâu dòng chảy và vận tốc tại mặt cắt tính toán. Công thức tính chiều dày bản đáy dốc nước của V.N.Domborovxki – sách công trình tháo lũ trang 84: t = (0,030 ¸ 0,035).a.v. (6 – 11) Trong đó: v: vận tốc trung bình trong dốc h: chiều sâu dòng chảy trong dốc nước. a: hệ số phụ thuộc vào dạng đất nền. Sơ bộ chọn a = 1. Bảng 6 – 15: Bảng tính chiều dày bản đáy dốc nước Btr vđd vcd vtb hđd hcd htb t chọn t 12 4.67 12.57 8.62 2.23 0.83 1.53 0.53 0.6 15 4.43 12.15 8.29 2.00 0.73 1.37 0.48 0.5 18 4.26 11.85 8.05 1.85 0.67 1.26 0.45 0.5 TÍNH KHỐI LƯỢNG, GIÁ THÀNH, CHỌN PHƯƠNG ÁN Tính toán khối lượng, giá thành Phần này em sẽ bổ sung sau! Phân tích chọn phương án Từ kết quả tính toán ở trên ta có nhận xét sau: Về kỹ thuật: cả 3 phương án đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Về kinh phí xây dựng: căn cứ vào kết quả tính toán ở trên ta chọn phương án Btr = 15 m là phương án có giá thành thấp nhất. Trong thực tế tính toán chọn phương án tối ưu ngoài những vấn đề trên còn phải xét những mặt khác như : Diện tích ngập lụt ở thượng lưu là nhỏ nhất. Kinh phí đền bù tái định cư là thấp nhất. Biện pháp thi công đơn giản. Quản lý vận hành dễ dàng. Tạo được cảnh quan, môi trường sinh thái tốt để khai thác tiềm năng du lịch.. Nhưng do thời gian có hạn mặt khác không có đủ tài liệu để tính toán. Được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn nên quyết định chọn phương Btràn = 15m để tiếp tục thiết kế kỹ thuật cho các công trình đầu mối. Kiểm tra khả năng tháo lũ của đường tràn Đặt vấn đề Tràn xả lũ có nhiệm vụ tháo nước thừa khi có lũ đến đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối và chống ngập lụt ở hạ lưu. Vì vậy cần kiểm tra, đánh giá khả năng tháo lũ của đường tràn xem có tháo hết không. Với đập tràn thực dụng, lưu lượng tháo qua tràn được xác định theo công thức sau: Trong đó: e: hệ số co hẹp bên; m: hệ số lưu lượng; åb:tổng chiều rộng các khoang tràn không kể mố; H0: Cột nước trên đỉnh tràn có kể đến lưu tốc tới gần Trong tính toán điều tiết lũ ta giả định các hệ số trên. Ở đây ta phải tính toán cụ thể. Xác định các hệ số Xét ảnh hưởng của cột nước lưu tốc Ho Theo điều 3-5 trang 28 QPTL C8-76: Nếu thì bỏ qua không xét đến lưu tốc tới gần V0 và coi H0 = H. Nếu thì phải xét tới lưu tốc tới gần v0, và lúc này: Trong đó: a: hệ số động năng a = 1 – 1,1.Lấy a = 1. Sb: tổng chiều rộng các khoang tràn không kể mố, Sb = 15 m ; H: cột nước trên đỉnh tràn, H = HT = 3,42m WT: diện tích mặt cắt ướt tại thượng lưu (mặt cắt T-T) Theo điều 2-2 trang 8 QPTL C8-76 mặt cắt này được tính cách mép thượng lưu đập tràn một đoạn: L = (3-5)H = 15 m. Tại mặt cắt T – T là kênh dẫn mặt cắt hình thang m =1,5; bề rộng đáy kênh là: bT =15+ 2.15.tg80 = 19m. (góc mở của kênh thượng lưu) Chọn cao trình đáy ở thượng lưu là+19m nên ta có: P1 = Zngưỡng – Zđáy= 20,3 – 19,0 = 1,3 m H1 = H + P1 = 3,42 + 1,3 = 4,72 m. WT= (mH1 + bT).H1 = 104,2 m2 So sánh: WT= 104,2 m2 < 4.åb.H = 4.15.3,42 = 205,2m2 Lưu tốc trung bình tại mặt cắt T-T: Vậy cột nước H0 là: Hệ số lưu lượng Hệ số lưu lượng của đập tràn thực dụng tính theo công thức: Trong đó: mTC = 0,49: hệ số lưu lượng của đập tràn tiêu chuẩn (đập tràn thực dụng không chân không loại I của Crighe- Ôphixêrôp) ; : hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng, Ta chọn a = 450, b = 600, =0,9 ; theo Phụ lục 14-3 Bảng tra Thủy lực ta được: : hệ số sửa chữa do thay đổi cột nước so với cột nước thiết kế tra Phụ lục 14-4 Bảng tra Thủy lực ta được= 0,996. Vậy: Hệ số co hẹp bên Đối với đập tràn thực dụng hệ số co hệp bên e phụ thuộc vào số khoang và hình dạng mố. Theo điều 4-4 trang 35 QPTL C-8-76 ta có: e của đập tràn thực dụng xác định theo công thức sau: Vì nên theo mục 2 điều 4-4 trang 56 QPTL C-8-76 trong công thức tính e phải lấy tỉ số Trong đó: n: số khoang, n = 3; b: chiều rộng 1 khoang, b = 5 m ; H0: cột nước tràn có kể lưu tốc tới gần, H0 = 3,5 m = 0,7: hệ số hình dạng mố bên (lượn tròn). = 0,45: hệ số hình dạng mố trụ (lượn cong l0 = 0). Kiểm tra khả năng tháo Lưu lượng tràn thực tế: So sánh : Về mặt kỹ thuật: nên đảm bảo an toàn về tháo lũ. Về mặt kinh tế Þ không đảm bảo an toàn về kinh tế nên cần phải tính lại điều tiết lũ. Tính lại điều tiết lũ Phương pháp tính hoàn toàn giống như phương pháp tính điều tiết lũ trong phần thiết kế sơ bộ. Kết quả tính toán điều tiết lũ chi tiết xem ở Phụ lục Bảng 6 – 1: Bảng kết quả tính toán lại điều tiết lũ P% qmax(m3/s) Hsc(m) Zsc(m) Vsc(106m3) 1,0 184.70 3.50 26.80 5.26 0,2 248.28 4.26 27.56 5.60 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT Những vấn đề chung Nhiệm vụ công trình Đập đất là một trong những hạng mục chủ yếu của cụm công trình đầu mối. Nhiệm vụ chính là ngăn dòng chảy để dâng nước tạo thành hồ chứa ở thượng lưu, nhằm tích nước vào mùa lũ và tưới vào mùa khô và giảm đáng kể thiệt hại do lũ gây ra… Chọn loại đập Qua các tài liệu khảo sát về địa hình khu vực tuyến đập, tình hình địa chất tuyến đập, vật liệu địa phương để xây dựng công trình cũng như điều kiện thi công và các điều kiện khác thì khu vực này thích hợp nhất để xây dựng đập đất đồng chất. Đất đắp đập là loại đất thuộc lớp 1,2. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế Cấp công trình Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 285-2002, cấp công trình được xác định từ 2 điều kiện: Theo năng lực phục vụ Cung cấp nước sinh hoạt và công nghiệp cho thị trấn Dương Đông với công suất cấp nước 10.000m3/ngày. Cấp nước tưới cho 300 ha tiêu. Theo TCVN 285-2002 ta được cấp công trình là cấp IV. Theo chiều cao công trình và loại nền - Sơ bộ định cao trình đỉnh đập như sau: Ñđ đ =MNDGC + d = 26.80 + 2 = 28.80m (d là chiều cao an toàn, sơ bộ chọn d = 2m). Cao trình đáy là cao trình mặt nền thấp nhất sau khi đã dọn móng 1m (không kể phần chiều cao chân khay). Theo mặt cắt địa chất của tuyến ta có cao trình đáy đ= 4.52m Chiều cao đập là: Hđ=đđ -đáy = 28.80 - 4.52 = 24.28m Theo TCVN 285-2002 ta được cấp công trình là cấp III. Vậy cấp của công trình là cấp III. Các chỉ tiêu thiết kế Dựa vào cấp công trình cấp III và các tiêu chuẩn về quy phạm hiện hành ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế sau: - Tra theo bảng 29 trang 49 QP TL-C1-78: +Tần suất gió lớn nhất P=4% +Tần suất gió bình quân tính toán P=50% - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra công trình thủy theo bảng 4-2 trang 13 TCXD VN 285-2002: + Tần suất lũ thiết kế P=1 % + Tần suất lũ kiểm tra P=0.2 % - Hệ số ổn định theo điều 6.2 trang 19 của TCXD VN 285-2002 tra được kn=1,15(ứng với công trình cấp III) - Hệ số vượt tải theo bảng 6.1 trang 20 TCXD VN 285-2002 tra được n=1,05 - Hệ số điều kiện làm việc theo Phụ lục B trang 35 TCXDVN 285-2002 tra được m=1 - Hệ số tổ hợp tải trọng theo TCXD VN 285-2002 +Với tổ hợp tải trọng cơ bản nc=1.0 +Với tổ hợp tải trọng đặc biệt nc=0.9 - Hệ số an toàn cho phép về ổn định trượt của mái đập với công trình cấp III: tra bảng Phụ lục P1-7 ĐAMH Thủy công được: +Với tổ hợp tải trọng cơ bản k=1,2 +Với tổ hợp tải trọng đặc biệt k=1,1 Tuổi thọ hồ chứa theo tiêu chuẩn Việt Nam 285-2002 thì công trình cấp III có thời gian tuổi thọ T=75 năm. Mặt cắt cơ bản và cấu tạo chi tiết đập Tài liệu thiết kế Cao trình MNDBT: 23,30 m. Cao trình MNDGC: 26,80 m, ứng với trường hợp P = 1%. Cao trình MNLKT: 27,56 m, ứng với trường hợp P = 0,2%. Cao trình MNC: 13,00 m. Vận tốc gió: Trường hợp MNDBT: P = 4% => V4% = 27,3 m/s Trường hợp MNDGC: P = 50% =>V50% = 25,6 m/s Đà gió: Ứng với MNDBT: D = 1290 m. Ứng với MNDGC: D1’ = 1328 m Góc kẹp giữa hướng gió tính toán với trục hồ = 300 Đỉnh đập Cao trình đỉnh đập được xác định theo công thức: Z1 = MNDBT + d1 (7 – 1) Z2 = MNDGC + d2 (7 – 2) Trong đó: d: Độ vượt cao của đỉnh đập trên mực nước tĩnh thượng lưu được tính theo công thức trang 19, 14TCN157 – 2005: d = Dh + hsl + a Dh: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (m) . hsl: chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (m). a: độ vượt cao an toàn (m). Xác định Dh và hsl ứng với gió lớn nhất V = 27.3 m/s Xác định độ dềnh mực nước do gió Dh Tính theo công thức 114 trang 48 QPTL C1–78: (7– 3) Trong đó: V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s) D: Đà gió ứng với MNDBT g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s H: Chiều sâu nước trước đập, H = MNDBT - Ñđáy a: góc kẹp giữa hướng gió tính toán với trục hồ, a = 30o Xác định chiều cao sóng leo ứng với gió lớn nhất: hsl Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo được tính với mức bảo đảm P = 1%. Tính theo công thức: hsl1% = K1. K2. K3. K4.Kb. hs1% (7– 4) Trong đó: hs1%: chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% K1, K2, K3, K4: các hệ số. hs1% xác định như sau (theo QPTL C1-78) Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > Tính các đại lượng không thứ nguyên . Trong đó: T: thời gian gió thổi liên tục, do không có tài liệu quan trắc nên lấy t = 6 (h) = 21600 (s) : xác định theo đồ thị hình 36, trang 52 QPTL C1-78. Chiều cao trung bình của sóng : (m) Trị số và : Xác định theo đường cong bao phía trên đồ thị hình 35, trang 51 QPTLC1-78 và lấy với giá trị nhỏ hơn, từ đó xác định được và ; - chiều dài trung bình bước sóng, xác định như sau: Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu. Xác định các hệ số K1, K2, K3, K4 K1, K2: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia cố mái đập thượng lưu, mái thượng lưu gia cố bằng BTCT M200, xác định theo bảng 6 trang 15 QPTL C1-78. K3: Hệ số phụ thuộc mái đập thượng lưu ở đoạn chịu tác động của sóng, xác định theo (bảng 7) QPTL C1-78. : xác định theo đồ thị hình 10, trang 17 QPTL C1-78. Với m - hệ số mái đập thượng lưu ở phạm vi chịu tác động của sóng. (m) - Chiều dài trung bình bước sóng. Kb - Hệ số phụ thuộc vào góc kẹp giữa hướng gió với trục hồ, được xác định theo bảng 9 trang 15 QPTL C1-78. Xác định Dh’ và h’sl với gió bình quân lớn nhất V’= 25,6 m/s Cách tính tương tự như trên nhưng ứng với V’ và 3 trường hợp MNDGC với D1’,D2’, D3’ Để thuận tiện cho tính toán ta lập bảng: Bảng 7 – 1: Bảng xác định cao trình đỉnh đập TT Thông số tính toán Đơn vị Btr = 15 MNDBT MNDGC 23.3 26.8 1 Ñ đáy đập m 4.53 4.53 2 Hđập m 18.77 22.27 3 D m 1.285 1.328 4 V m/s 27.3 25.6 5 a độ 30 30 6 Dh m 0.00901 0.00690 7 gD/V² 16.91 19.89 8 gt/V 7761.76 8277.19 9 0.00773 0.00847 10 0.94192 1.00036 11 m 0.58715 0.56594 12 s 2.62 2.61 13 m 10.73 10.64 14 1.7 2.1 15 Sóng nước Sâu Sâu 16 K1% 2.0511 2.05129 17 hs1% m 1.204 1.161 18 H/hs1% 15.59 19.18 19 D/ h%1s 0 0.2584 20 8.91 9.17 21 K1 1 0.7 22 K2 0.9 0.5 23 K3 1.5 1.5 24 K4 1.16083 1.17714 25 Kb 0.92 0.92 26 hsl1% m 1.73631 0.66004 27 a m 0.7 0.5 28 Hđập m 21.27 23.47 29 Cao trình đỉnh đập m 25.75 27.97 30 Chọn m 25.80 28.00 Z1 = MNDBT + Dh + hsl + a = 25.75m Z2 = MNDGC + Dh’ + h’sl + a’ = 28.00 m Z3 = MNLKT + a” = 27,30 m Vậy chọn cao trình đỉnh đập là +28.00m. Bề rộng đỉnh đập Theo phần thiết kế sơ bộ chọn bề rộng đỉnh đập Bđ = 5m. Kết cấu mặt đập: Mặt đỉnh đập cần phải dốc nghiêng về một phía hoặc hai phía với độ dốc i = 3%, đồng thời làm tốt hệ thống thoát nước xuống mái đập, không được để nước mưa đọng trên mặt đỉnh đập. Ở đây, mặt đập có yêu về giao thông nên ta cần gia cố bằng Bêtông cốt thép M200 dày 10 cm nhằm đảm bảo thuận tiện cho việc đi lại trong quản lý, khai thác và mỹ quan công trình. Để giúp cho nước trên mặt đập thoát nhanh xuống mái dốc thì dưới lớp gia cố ta làm một tầng đệm nối tiếp bằng cuội sỏi. Nước từ trong tầng đệm này sẽ theo xuống các rãnh thoát nước ở mái hạ lưu đập một cách nhanh chóng. Hình 7 -1: Chi tiết đỉnh đập Mái đập và cơ đập Mái đập Mái đập phải đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn quy định trong mọi điều kiện làm việc của đập. Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào: loại hình đập, chiều cao đập, tính chất vật liệu của thân đập và nền đập, các lực tác động lên mái (như trọng lượng bản thân, áp lực nước, lực thấm, lực mao dẫn, lực động đất, lực thủy động, tải trọng ngoài trên đỉnh và mái đập v.v...), điều kiện thi công và khai thác công trình. Theo phần thiết kế sơ bộ ta chọn hệ số mái tính từ dưới lên. Bảng 7-2: Hệ số mái đập Mái thượng lưu Mái hạ lưu m1 m’1 m2 m’2 3.5 3.0 3.0 2.75 Cơ đập Ta cần bố trí cơ đập để thuận tiện cho việc đi lại, thi công và để tăng ổn định cho mái, mặt khác tại cơ đập còn bố trí rãnh thoát nước có nhiệm vụ tập trung và thoát nước trên đập. Cơ đập được quy định theo điều 4.3-14 TCN 157-2005 ta bố trí cơ đập ở cả thượng lưu, hạ lưu đập, cụ thể như sau: Mái hạ lưu: bố trí cơ ở cao trình +15.0, bề rộng cơ chọn b = 3(m) Mái thượng: bố trí cơ ở cao trình +15 m. Bề rộng cơ chọn b = 3 (m). Cơ hạ lưu có nhiệm vụ thoát nước mưa cho mái đập nên ta phải bố trí hệ thống rãnh thoát nước và các rãnh này được gia cố vững chắc để tránh hư hỏng do dòng chảy. Kích thước lòng các rãnh thoát nước này chọn là (40x40) cm, trên bề mặt cơ rải một lớp dăm sỏi dày 15cm, mặt cơ có độ dốc về phía rãnh thoát nước i = 2%. Để giúp nước từ cơ đập và mái hạ lưu thoát nhanh xuống chân đập thì cứ 20m theo chiều dài đập, ta lại bố trí một rãnh thoát nước chạy dọc xuống chân đập. Hình 7-2: Chi tiết cơ hạ lưu Thiết bị chống thấm Theo tài liệu địa chất, đập đất đồng chất, đất đắp đập là loại đất á sét thuộc lớp 4 có hệ số thấm nhỏ K = 2.10-7 (m/s) nên không cần bố trí thiết bị chống thấm. Thiết bị thoát nước thân đập Để tăng tính ổn định của đập, chống xói ngầm, hạ thấp đường bão hòa trong thân đập, cho dòng thấm thoát ra hạ lưu được an toàn và dễ dàng ta bố trí thiết bị thoát nước gọi là vật thoát nước thân đập. Căn cứ vào địa hình, địa chất, hình thức đập, mực nước hạ lưu và khả năng cung cấp nguyên vật liệu trong vùng, ta chọn hình thức vật thoát nước như sau: Đoạn lòng sông Do đặc điểm lòng sông hạ lưu có nước nên cần phải có thiết bị thoát nước, ở đây ta chọn thiết bị thoát nước cho thân đập kiểu lăng trụ. Cao trình đỉnh lăng trụ cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất từ 0,5 – 1,5 m, Ñđỉnh lăng trụ = MNHLmax + 1,5 = 7,5 + 1,5 = 9.0m. Vật thoát nước lăng trụ có mặt cắt hình thang, được xây bằng đá hộc, mái dốc tiếp xúc với thân đập m’ = 1,5; mái dốc phía hạ lưu đập m'1 = 2,0. Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược. Bề rộng đỉnh lăng trụ ³ 2m, chọn Blăng trụ = 2m. Hình 7 -3: Chi tiết lăng trụ thoát nước Đoạn 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. Cấu tạo của vật thoát nước loại này được bố trí theo nguyên tắc tầng lọc ngược, lớp ngoài cùng là đá hộc xếp dày 25cm , tiếp đến là cuội sỏi dày 15 cm và trong cùng là cát lọc dày 15 cm. Giới hạn trên của vật thoát nước này cao hơn điểm ra của đường bão hòa 1m (điểm ra của đường bão hòa được xác định thông qua tính toán thấm). Hình thức thoát nước này chỉ tránh sự phá hoại xói ngầm do dòng thấm qua thân đập chứ không hạ thấp đường bão hoà. Hình 7 – 4: Chi tiết thoát nước áp mái Bảo vệ mái đập Bảo vệ mái thượng lưu và hạ lưu đập nhằm phòng chống sự xói lở do sóng gây ra, ngoài ra còn có nhiều loại lực phức tạp và các nguy hiểm khác. Do đó, cần phải thiết kế bảo vệ mái dốc đập một cách hợp lý. Mái thượng lưu Mái thượng lưu chủ yếu chịu tác dụng của sóng gây sạt lở. Có nhiều hình thức để bảo vệ mái thượng lưu, căn cứ vào khả năng cung cấp vật liệu ta chọn hình thức gia cố bằng tấm lát bê tông cốt thép. Đây là hình thức bảo vệ mái phổ biến hiện nay. Biện pháp này chống sự sạt lở mái thượng lưu do sóng rất hữu hiệu. Để tăng ổn định cho lớp gia cố, đề phòng hiện tượng trượt dọc theo mái dốc, mép dưới của phần gia cố cơ bản ta xây dựng những gối tựa bằng bê tông. Ngoài ra, bên trong lớp gia cố ta làm một tầng đệm, tầng đệm này nhằm đảm bảo sự nối tiếp giữa lớp gia cố và thân đập trong trường hợp đập lún không đều. Đồng thời, đóng vai trò là tầng lọc ngược, nhằm đề phòng hiện tượng xói ngầm khi cột nước thấm trong thân đập cao hơn ngoài hồ chứa do hiện tượng sóng leo rồi rút xuống, hoặc do nước trong hồ chứa hạ xuống đột ngột. Chiều dày lớp gia cố Chiều dày tấm có thể xác định theo công thức Anđrâytruc : (7 – 5) Trong đó : B: bề rộng tấm, chọn B = 3 m α: góc nghiêng của mái thượng lưu so với mặt nằm ngang K = 0,15: hệ số, tấm bê tông đặt trên tấm lọc không liên tục γb = 2,4 T/m3: dung trọng bê tông γn = 1,0 T/m3: dung trọng nước hs = 1,2 m: chiều cao sóng Ls = 10,73 m: chiều dài sóng à Chiều dày bản bê tông: Chọn hb = 15(cm) Phạm vi gia cố Theo 14TCN 157-2005 phạm vi bảo vệ mái thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết 2.5m đối với đập cấp III. Vậy giới hạn dưới của phần gia cố nằm ở cao trình : Ñdưới = 13 – 2.5 = 10.5 m Chọn cao trình gia cố giới hạn dưới: 10.5 m . Mái hạ lưu Mái hạ lưu cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra. Phổ biến nhất là dùng hình thức trồng cỏ, kích thước ô cỏ ( 20x20 ) cm2. Khi đó trên mái cần đào rãnh nhỏ nghiêng với trục đập góc 45o, trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa. Nước từ các rãnh tập trung vào mương ngang bố trí cơ, mương ngang có độ dốc về 2 bên bờ để nối với mương dọc dẫn nước về hạ lưu. Ở mái hạ lưu, trước khi trồng cỏ ta phủ một lớp đất màu dày 20cm rồi mới trồng cỏ lên trên lớp đất màu này. Hình 7 -6: Chi tiết bảo vệ mái hạ lưu Nối tiếp đập với nền và bờ Nối tiếp đập với nền Mặt tiếp giáp giữa thân đập và nền thường phải bóc một lớp phong hóa dày 0,5 – 1m trên mặt nền. Khi đất thân đập và đất nền khác nhau, cần làm các chân khay cấu tạo sâu chỉ có mục đích tăng sự tiếp giáp giữa đập và nền chứ không mục đích chống thấm nên khi tính toán thấm qua đập xem như trên nền đồng chất không chân khay. Hình 7 – 7 : Cấu tạo chân khay Nối tiếp đập với bờ Nói chung cần đảm bảo yêu cầu như nối tiếp đập với nền nhưng cần chú ý mặt nối tiếp thân đập với bờ không đánh cấp, không làm qúa dốc, không cho phép làm dốc ngược. Bảng 7-3: Các thông số chủ yếu của đập chính TT Hạng mục công trình Đơn vị Chỉ tiêu kĩ thuật chính 1 Mực nước dâng bình thường m 23.3 2 Mực nước dâng gia cường m 26.8 3 Mực nước chết m 13 4 Cao trình đáy đập m 4.53 5 Cao trình đỉnh đập m 28.0 6 Chiều dài đập m 620 7 Chiều cao đập m 23.47 8 Bề rộng đỉnh đập m 5 9 Hệ số mái thượng lưu m1;m1’ 3.5; 3.0 10 Hệ số mái hạ lưu m2;m2’ 3.0; 2.75 11 Bề rộng cơ thượng, hạ lưu m 3 Hình 7 – 8 : Mặt cắt cơ bản của đập Tính toán thấm qua đập đất Mục đích, phương pháp và các trường hợp tính toán Mục đích Tính toán thấm qua đập đất là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế đập đất. Mục đích của việc tính thấm nhằm: Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và nền đập, từ đó tìm được lưu lượng nước tổn thất của hồ do thấm qua đập gây ra và tìm ra biện pháp phòng chống thấm thích hợp cho đập và nền. Xác định gradien thấm hoặc lưu tốc thấm của dòng chảy trong thân và nền đập (nhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra hạ lưu) để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy đất, từ đó xác định kích thước hợp lí của thân đập, các kết cấu chống thấm, thoát nước và thành phần của tầng lọc ngược. Xác định vị trí đường bão hòa, từ đó sẽ tính được áp lực thấm dùng trong tính toán ổn định mái đập. Phương pháp tính toán Có rất nhiều phương pháp để tính thấm qua đập đất như: phương pháp phân tích lý luận, đồ giải và thí nghiệm. Phương pháp phân tích lý luận bao gồm phương pháp cơ học chất lỏng, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp thủy lực. Trong đồ án này sử dụng phương pháp thủy lực học để tính thấm. Phương pháp này dựa trên một số giả thiết nhằm đơn giản hóa các biên của miền thấm và ngày nay vẫn được ứng dụng nhiều trong tính toán thấm qua đập. Trong tính thấm, giới hạn ở các bài toán phẳng, thấm ổn định và không xét đến ảnh hưởng của hiện tượng mao dẫn. Các trường hợp tính toán Theo 14TCN 157 – 2005 thì phải tiến hành tính toán thấm và ổn định cho các trường hợp sau: Trường hợp 1: Mực nước thượng lưu ở MNDBT, hạ lưu không có nước, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường. Trường hợp 2: Mực nước thượng lưu ở MNDGC, hạ lưu là mực nước max, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường. Trường hợp 3: Mực nước thượng lưu rút xuống đột ngột. Trường hợp 4: Thiết bị thoát nước làm việc không bình thường. Trường hợp 5: Thiết bị chống thấm bị hỏng. Trong phạm vi đồ án tốt ngiệp, do thời gian hạn chế và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn nên cho phép tính toán với 2 trường hợp: Trường hợp 1: Mực nước thượng lưu ở MNDBT, hạ lưu không có nước, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường. Trường hợp 2: Mực nước thượng lưu ở MNDGC hạ lưu là mực nước max, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường. Tính toán cho 5 mặt cắt gồm 2 nhóm. Các mặt cắt tính toán Do địa hình dọc theo tim đập thay đổi tại các vị trí khác nhau nên mặt căt thay đổi theo các kích thước khác nhau. Sơ đồ tính toán thấm là sơ đồ bài toán phẳng nên mức độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào số lượng các mặt cắt tính toán thấm. Do thời gian hạn chế nên trong phần thiết kế này chỉ xét tính toán thấm tại năm mặt cắt đại biểu đó là: Mặt cắt tại lòng sông: (3-3) và (4-4) Mặt cắt sườn đồi: 2 mặt cắt tại vị trí sườn đồi phải là (1-1), (2-2) và 1 mặt cắt tại sườn đồi trái (5-5). Hình 7 – 9 : Sơ đồ phân đoạn tính thấm 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 kì trong thân đập và nền. Đối với thân đập: cần đảm bảo điều kiện (7 - 12) Trong đó : : Gradien thấm qua nền, tính toán xác định theo công thức (7 - 13) H1, H2 : Cột nước thượng, hạ lưu. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm, các trường hợp sau : Trường hợp có thiết bị thoát nước lăng trụ, hạ lưu có hoặc không có nước : Ltt = L + 0,4.H1 (7 - 14) Trường hợp có thiết bị thoát nước kiểu áp mái : Ltt = L + 0,4.H1 + 0,4.H2 (7 - 15) L: Khoảng cách nằm ngang tính từ mép nước thượng lưu đến mép nước hạ lưu (hạ lưu có nước), hoặc từ mép nước thượng lưu đến điểm nối tiếp mái dốc hạ lưu với nền đập (hạ lưu không có nước). : Gradien thấm cho phép phụ thuộc loại đất đắp công trình. Đối với nền đập: cần đảm bảo điều kiện (7 - 16) Trong đó : : Gradien thấm qua nền, tính toán xác định theo công thức (7 - 17) H1, H2 : Cột nước thượng, hạ lưu. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm, các trường hợp sau Trường hợp có thiết bị thoát nước lăng trụ : Ltt = m1.H + L + 0,44.T (7 - 18) Trường hợp có thiết bị thoát nước kiểu áp mái : Ltt = m1.H + L + 0,88.T (7 - 19) : Gradien thấm cho phép phụ thuộc loại đất nền công trình . Tài liệu tính toán Cao trình MNDBT : 23.3 m. Cao trình MNDGC: 26.8 m. Cao trình đỉnh đập: 28.0. Bề rộng đỉnh đập: Bđập = 5,0 m Cao trình cơ thượng lưu: 15.0 m Cao trình cơ hạ lưu: 15.0 m Bề rộng cơ đập: bcơ = 3 m. Hệ số mái thượng lưu (từ dưới lên): m1 = 3.5;m1’ = 3.0 Hệ số mái hạ lưu (từ dưới lên): m2 = 3.0, m2’ = 2,75 Hệ số mái trung bình thượng lưu: Hệ số mái trung bình hạ lưu: Mực nước hạ lưu lớn nhất MNHLmax: 7,5 m. Cao trình đỉnh lăng trụ: 9.0 m Bề rộng đỉnh lăng trụ: b = 2 m. Hệ số mái lăng trụ: m = 1,5 và m’= 2. Hệ số thấm của đất đắp đập : kđ = 2.10-7 (m/s). Hệ số thấm của lăng trụ: klt = 1.10-3 (m/s). Hệ số thấm của đất nền: kn = 1.10-5 (m/s). Hệ số thấm của đá gốc: kđá gốc = 1,0.10-10 (m/s). Chiều dày tầng thấm tại vị trí lòng sông và sườn đồi tùy theo vị trí khác nhau của từng mặt cắt. Theo bảng 4-4 trang 29 14TCN 157 – 2005 ta có hệ số gradien thấm cho phép của thân đập và nền đập đối với công trình cấp III: Thân đập, đất á sét: Nền đập, đất á sét: Tính thấm cho các mặt cắt Tính thấm cho mặt cắt lòng sông Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước Trường hợp thượng lưu là MNDGC, hạ lưu mực nước lớn nhất MNHLmax Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước Trường hợp thượng lưu là MNDGC, hạ lưu mực nước lớn nhất MNHLmax