Chương VI:Thiết Kế đập Chắn Nước - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Trang chủ >
Luận Văn - Báo Cáo >
Kỹ thuật >

Chương VI:Thiết kế đập chắn nước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.23 MB, 253 trang )

6.2. Các tài liệu cơ bản của thiết kế đập6.2.1. Chọn hình thức đậpViệc chọn hình thức đập thích hợp là một vấn đề quan trọng. Nguyên tắc cơbản khi lựa chọn là xây dựng nhanh, tốt, rẻ. Đó cũng chính là đảm bảo rút ngắn thờigian thi công, tốn ít sức lao động, đầu tư ít vốn phù hợp với điều kiện cụ thể củakhu vực và thỏa mãn các điều kiện địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, khí hậu, thicông…bảo đảm đập làm việc an toàn.Có rất nhiều loại đập như: đập đất, đập bê tông, đá xây… nhưng trong đồ ánnày em lựa chọn đập đất làm đập chắn nước cho khu tưới BT1. Vì đập đất có nhữngưu điểm như :- Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm được các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng. Côngtác chuẩn bị trước khi xây dựng không tốn nhiều công sức như các loại đập khác.- Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ.- Bền và chống chấn động tốt.- Dễ quản lý, tôn cao, đắp dầy thêm.- Yêu cầu về nền không cao nên phạm vi sử dụng rộng rãi.- Thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản lý đập.Hình thức thi công đập là đầm nén: trải từng lớp đất và đầm nén chặt.6.2.2. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế6.2.2.1. Cấp công trình: được xác định theo hai điều kiện:- Theo chiều cao đập và loại nền: theo tính toán ở chương V thì ta xác định đượcchiều cao đập là 29m, nền đá, theo bảng 2.2 TCXD 285 – 2002 cấp công trình làcấp III.- Theo năng lực phục vụ của công trình: Nhiệm vụ chủ yếu của công trình là cấpnước tưới cho 644,2 ha, theo bảng 2.1 TCXD 285 – 2002 cấp công trình là cấp IV.Kết hợp cả 2 điều kiện thì đập đất là công trình cấp III.6.2.2.2.Các chỉ tiêu thiết kếTừ cấp công trình là cấp III, ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế dựa vào14TCN 157-2005 như sau:+) Tần suất gió :- Ứng với mực nước dâng bình thường : P = 4% V = 28(m/s).- Ở mực nước lũ thiết kế: P = 50%.- Tần suất tính toán khi xác định sóng leo: P = 1%+) Chiều cao an toàn a của đập:-Ứng với mực nước dâng bình thường: a = 0,7 (m).-Ở mực nước lũ thiết kế: a = 0,5 (m).+) Hệ số tin cậy: Kn = 1,15.6.2.3. Các đặc trưng của hồ chứa.Theo tính toán cụ thể ở chương V, hồ chứa có :+) Dung tích chết Vc, mực nước chết Hc: Vc = 0,17.106 (m3); Hc = 89,7 (m).+) Dung tích hiệu dụng Vh, mực nước dâng bình thường Hbt:Vh = 4,905.106 (m3) ; Hbt = 107,7 (m).+) Dung tích siêu cao Vsc, mực nước siêu cao Hsc:Vsc = 1,615.106 (m3) ; Hsc = 111 (m)+) Dung tích điều tiết lũ của hồ: Vm = 1,5.106 (m3).6.2.4. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập+) Hệ số ngấm ổn định của đất đắp đập: Knôđ = 10-5 (m/s).γγ3+) Dung trọng đất chế bị: cb = 1,5 1,55 (T/m ). Chọn cb = 1,5 (T/m3).γγ+) Dung trọng đất bão hòa: bh = 1,9 2,1 (T/m3). Chọn bh = 2 (T/m3).+) Lực dính: - Lực dính tự nhiên: ctn = 3(T/m2).-Lực dính bão hòa: cbh = 2,4(T/m2).+) Góc ma sát trong : -Góc ma sát trong tự nhiên: ϕtn= 230-Góc ma sát trong bão hòa: ϕbh = 2006.3. Xác định các kích thước cơ bản của đập6.3.1. Đỉnh đập6.3.1.1. Cao trình đỉnh đậpTheo tính toán ở chương V, ta xác định được cao trình đỉnh đập:Zđđ = 112(m).6.3.1.2.Bề rộng đỉnh đậpXác định theo yêu cầu giao thông, thi công và cấu tạo. Ở đây không có yêucầu giao thông nên chọn B = 5÷ 7(m), ta chọn B = 6(m).6.3.2. Mái đập và cơ6.3.2.1.Mái đậpĐộ dốc mái đập phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình thức đập, chiều cao đập, loạiđất đắp đập, tính chất nền, các lực tác dụng lên mái và các điều kiện thi công khác.Dưới tác dụng của sóng các kết cấu bảo vệ mái đập có thể bị phá vỡ, gây xóilở thân mái, làm trôi các tầng lọc bảo vệ. Do vậy phải tiến hành lát đá, hoặc trồngcây bìm bìm…Ngoài ra, khi có mưa thì một phần nước chảy trên mái đập có thể gây bào mònvà xói đất, hiện tượng này tiếp diễn làm giảm mặt cắt đập, gây biến dạng. Chính vìthế, khi thiết kế đập đất cần có hệ thống thoát nước mưa ở đỉnh và mái đập nhằmtập trung nước vào các rãnh xây và chuyển xuống hạ lưu không cho nước chảy trànlan trên đập.Thông thường, mái thượng lưu bao giờ cũng phải xoải hơn mái hạ lưu vì ởthượng lưu khi có mực nước xuống đột ngột thì đường bão hòa nằm rất cao và có áplực trong đẩy áp lực nước gây ra hiện tượng sạt mái.Sơ bộ hệ số mái đập được xác định theo các công thức kinh nghiệm sau:+) Hệ số mái thượng lưu: mTL = 0,05H + 2 = 0,05. 29 + 2 = 3,45. Chọn mTL= 4.+) Hệ số mái hạ lưu: mHL = 0,05H + 1,5 = 0,05.29 + 1,5 = 2,95.Chọn mHL = 3.(Trong đó: H – Chiều cao đập: H = 29(m)).6.3.2.2.Cơ đậpCơ đập có tác dụng làm tăng độ ổn định của mái đập, dùng để làm đường đilại trong quá trình thi công và dùng làm đường đi trong quá trình vận hành, dùng đểđặt rãnh thoát nước mưa.Do chiều cao đập H = 29 (m) nên ta bố trí cơ đập ở mái hạ lưu. Cứ 15m tính từcao trình đỉnh đập trở xuống đặt 1 cơ ở mái hạ lưu rộng 3(m). Như vậy ta đặt 1 cơ ởmái hạ lưu tại cao trình: +97m.6.3.3. Thiết bị chống thấmDo hệ số ngấm ổn định của đất đắp đập: K nôđ = 10-5 (m/s) nhỏ nên không cầnbố trí thiết bị chống thấm.6.3.4. Thiết bị thoát nước thân đậpTheo chiều dài đập, ta chia thành 2 đoạn:6.3.4.1.Đoạn lòng sôngDo chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn nên ta chọn thoát nước kiểu lăng trụ.Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất, đảm bảo trong mọitrường hợp đường bão hòa không chọc ra mái hạ lưu(thường độ vượt cao của đỉnhlăng trụ so với mực nước hạ lưu max phải bằng 1-2m). Bề rộng đỉnh lăng trụthường≥2m, mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền nên có tầng lọc ngược.6.3.4.2.Đoạn trên sườn đồiĐoạn tiếp giáp đập và sườn đồi bố trí thiết bị thoát nước kiểu áp mái.6.4. Tính toán thấm qua đập và nền6.4.1.Mục đích, nhiệm vụ của việc tính toán thấm và các trường hợp tính toán, các mặt cắt tínhtoán6.4.1.1.Mục đích, nhiệm vụ của việc tính toán thấmViệc tính toán thấm nhằm:+) Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền. Trên cơ sở đó tìm lượng nướctổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp.+) Xác định vị trí đường bão hòa, từ đó sẽ tìm được áp lực thấm dùng trong tínhtoán ổn định của máy đập.+) Xác định gradien thấm(hoặc lưu tốc thấm) của dòng chảy trong thân, nền đậpnhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, đẩy trồiđất và xác định kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược.6.4.1.2.Các trường hợp tính toán và các mặt cắt tính toána)Các trường hợp tính toánTrong thiết kế đập đất cần tính thấm với các trường hợp làm việc khác nhaucủa đập:+) Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng (h HL= 0); thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường.+) Trường hợp 2: Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng.Trong đồ án này, do thời gian có hạn nên em chỉ tính toán cho trường hợp bấtlợi nhất, đó là trường hợp thứ nhất.b)Các mặt cắt tính toánTa tiến hành tính toán cho 2 mặt cắt đại diện:+) Tính cho 1 mặt cắt tại sườn đồi(đập trên nền không thấm).+) Tính cho 1 mặt cắt tại lòng sông(đập trên nền không thấm).6.4.2. Tính thấm cho mặt cắt lòng sôngCó rất nhiều phương pháp tính thấm, thông dụng nhất là phương pháp phântích lý luận, đồ giải và thí nghiệm.Ở đây, ta sử dụng phương pháp phân tích lý luận. Trong phương pháp này chiathành 3 phương pháp nhỏ:+) Phương pháp cơ học chất lỏng: chỉ giải được 1 số bài toán cơ bản, do đó bị hạnchế nên ít được sử dụng rộng rãi trong thực tế.+) Phương pháp phần tử hữu hạn: Được áp dụng rộng rãi cho các điều kiện biênphức tạp( hình dạng đập, nền và hệ số thấm khác nhau trong các miền).+) Phương pháp thủy lực: dựa trên 1 số giả thiết nhằm đơn giản hóa các biên củamiền thấm và ngày nay được ứng dụng nhiều trong tính toán thấm qua đập.Để đơn giản, trong đồ án này ta sử dụng tính toán thấm theo phương phápthủy lực.6.4.2.1.Sơ đồ mặt cắt thực tếĐối với đập đồng chất và có thiết bị thoát nước, sơ đồ mặt cắt như sau:112107,7h1mTL=4YmHL=383 KðL97mHL=3LoX6.4.2.2.Tính toán lưu lượng thấmKhi hạ lưu đập không có nước dựa vào lý luận của bài toán thấm cơ bản ta có:q = Kđ .2h12 − a 02(∆L + L)(6-1)a 0 = h12 + (∆L + L) 2 − (∆L + L)(6-2)Trong đó:q- Lưu lượng thấm.a0 - Chiều cao tính từ vị trí đường bão hòa thoát ra mái hạ lưu đến đáy đập.Kđ – hệ số ngấm ổn định của đất đắp đập: Kđ = 10-5(m/s).h1 – Chiều cao tính từ MNDBT xuống đáy đập:h1= MNDBT -∇đáy= 107,7 - 83= 24,7(m).L + L – Khoảng cách theo phương ngang từ điểm đầu của đường bão hòa ởthượng lưu đến điểm thoát ra của đường bão hòa ở mái hạ lưu đống đá thoát nước:L = 101,55 (m) ( Đo trên bản vẽ CAD).L=m14.h1 =.24,72.m1 + 12.4 + 1= 10,98 (m).L + L =101,55 + 10,98 = 112,53 (m) .Thay các giá trị trên vào các công thức trên ta được:a 0 = 24,7 2 + 112,53 2 − 112,53 = 2,67(m)24,7 2 − 2,67 2→ q = 10 .= 2,68.10 −5 (m 2 / s )2.112,53−56.4.2.3.Phương trình đường bão hòay = h12 − 2.q2,68.10 −5x = 24,7 2 − 2..x = 610,09 − 5,36 xkđ10 −5Ta có bảng tung độ và hoành độ của phương trình đường bão hòa sau:Bảng 6.1: Bảng tung độ, hoành độ của phương trình đường bão hòax(m)y(m)024,75018,491008,61123,136.4.2.4.Kiểm tra độ bền thấmVới đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trồi đất) có thể đảmbảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp thân đập vànền). Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trườnghợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền .a)Đối với thân đậpVới thân đập cần đảm bảo điều kiện sau:Jkđ[J]đJkđ–độ bền thấm của đập: Jkd ==> Jkđ =0,19 thỏa mãn điều kiện thân đập bền thấm.b)Đối với nền:Với nền đập là nền không thấm nên ta không cần kiểm tra độ bền thấm .6.4.3.Tính thấm cho mặt cắt sườn đồiVới tài liệu đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền khôngthấm, hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái.6.4.3.1.Sơ đồ mặt cắt thực tếy112MNDBT=107,7Z0m =4m =3TLh1HLK0h3Kð100Oa0xL6.4.3.2.Tính toán lưu lượng thấmTheo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h 3, a0 được xácđịnh theo hệ 3 phương trình (6-3); (6-4); (6-5) sau:h12 − h32 − Z 02q = K 02.δ . sin α2h32 − a 0q = Kđ .2.( L − m1 .h3 − m2 .a0 )a0q = K đ .m2 + 0,5Trong đó:K0 – Hệ số thấm của tường: K0 = 4.10-9 (m/s).Kđ – hệ số ngấm của đất đắp đập: Kđ =10-5 (m/s).h1–chiều cao mực nước thượng lưu tính toán: h1 = 107,7 – 100 = 7,7 (m).m1 – Hệ số mái thượng lưu: m1 = 4.m2 – Hệ số mái hạ lưu: m2 = 3.L – Chiều dài mặt đập tính toán:L = mTL.(ZĐỉnhđập – ZMặtcắt) + Bđập+mHL.(ZĐỉnh đập-Zmặt cắt )L = 4.(112-100) + 6 + 3.(112-100) = 90 (m).δ- Chiều dày trung bình của tường nghiêng:δ=3 (m).- Góc hợp bởi đường mái thượng lưu và đáy đập:cotg = 4 => sin = 0,24.Z0 =δ.sin = 3.0,24 = 0,72 (m).Thay các giá trị vào hệ phương trình trên ta được:h 2 − h32 − Z 027,7 2 − h32 − 0,72 2q = K0 1= 4.10 −9.2.δ . sin α2.0,7222h32 − a 0h32 − a 0= 10 −5.q = K đ .2.( L − m1 .h3 − m2 .a 0 )2.( 90 − 4.h3 − 3.a 0 )a0a= 10 −5. 0q = K đ .m2 + 0,53 + 0,5Tiến hành thử dần hệ phương trình ta được: a 0 = 0,055(m); h3 =1,62(m); q=1,57.10-7 (m3/s).6.4.3.3. Phương trình đường bão hòay = h32 −2.q2.1,57.10 −7.x = 1,62 2 −.x = 2,62 − 0,0314.xkđ10 −5Ta có bảng kết quả thể hiện mối liên hệ giữa x và y của phương trình đườngbão hòa:Bảng 6.2:Bảng kết quả thể hiện mối liên hệ giữa x và y của phương trình đườngbão hòax(m)y(m)02,62201,41501,02800,336.4.3.4.Kiểm tra độ bền thấmVới đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trồi đất) có thể đảmbảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp thân đập vànền). Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trườnghợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền .a)Đối với thân đập:Với thân đập cần đảm bảo điều kiện sau:Trong đó:Jkđ[Jk ]đJkđ – độ bền thấm của đập: Jkd ==> Jkđ =0,019 thỏa mãn điều kiện thân đập bền thấm.b)Đối với nền:Với nền đập là nền không thấm nên ta không cần kiểm tra độ bền thấm .6.4.4. Tính tổng lượng thấm qua thân đập6.4.4.1.Mục đích và phương pháp tính toána)Mục đích tính toánViệc tính toán tổng lượng nước thấm qua thân đập nhằm kiểm tra sự tổn thấtvề thấm để đánh giá tính hợp lý của các thiết bị thoát nước, hình thức chống thấmđể từ đó có biện pháp sử dụng, cải tạo để đập có thể hoạt động bình thường.b)Phương pháp tínhDùng phương pháp phân đoạn để tính tổng lượng nước thấm qua thân đập. Cụthể như sau:Chia toàn bộ chiều dài đập ra nhiều đoạn nhỏ, sao cho mỗi đoạn có đặc trưngthấm như nhau. Khi đó tổng lưu lượng thấm được xác định theo công thức:(6-6)Q=1[ l1 .q1 + (q1 + q2 ).l2 + ... + (qn−2 + qn−1 ).ln−1 + qn−1 .ln ]2Trong đó:q1, q2,...qn - Lưu lượng đơn vị tại các mặt cắt đặc trưng tính toán.l1, l2,...,ln - Chiều dài của các đoạn tính toán tương ứng.Sơ đồ tính tổng lưu lượng thấm:l1l2ln-1ln-2c)Nội dung tính toánTrong phạm vi đồ án chỉ tính thấm cho 2 mặt cắt (1 mặt cắt lòng suối, 1 mặtcắt sườn đồi). Kết quả tính toán thấm cho từng mặt cắt như đã trình bày ở phần trên,áp dụng công thức trên tính tổng lưu lượng thấm cho toàn bộ chiều dài đập. Kết quảtính toán ở bảng sau:Bảng 6.3:Kết quả tính toán tổng lưu lượng thấm.Trường hợp1q1(m3/s)2,68.10-5l175q2(m3/s)1,57.10-7l265,55Q(m3/s)2,02.10-3+) Lượng nước thấm qua đập trong một ngày là:Qth = 2,02.10-3.24.3600 = 174,55 (m3 /ngày đêm)+) Đánh giá lượng mất nước của hồ trong 1 năm.Wth = Qth.365 = 174,55.365 = 63711,9 (m3)+) Lưu lượng thấm mất nước cho phép của hồ ứng với mực nước dâng bình thườngtheo tính toán điều tiết là :Wcp = 2%. V hồ = 0,02.5,075.106 = 101500 (m3).Vậy qua kết quả tính toán ta thấy W th< Wcp do vậy các thiết bị thoát nước vàbiện pháp chống thấm cho nền và đập là hợp lý.6.5.Tính toán ổn định của đập đất

Xem Thêm