CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
5.1 Xác định các kích thước cơ bản của đập
5.1.1 Các chỉ tiêu cơ bản của đập.
-Hình thức đập:
Căn cứ vào tình hình các bãi vật liệu đất đắp, về trữ lượng và các chỉ tiêu cơ lý và điều kiện địa chất tại vị trí tuyến đập, chúng tôi chọn hình thức là đập đất đồng chất.
-Xác định chiều cao an toàn:
a, a’, a’’ Độ vượt cao an toàn, theo 14 TCN 157-2005 với công trình cấp III ta có: a = 0,7m ; a’ = 0,5m ; a’’ = 0,2m.
-Hệ số ổn định mái đập cho phép Công trình cấp 3 + Tổ hợp lực cơ bản Kcp = 1,30
+ Tổ hợp lực đặc biệt Kcp = 1,1 -Các mực nước tính toán
+ Mực nước dâng bình thường: +32,0 + Mực nước lũ thiết kế: +32,74 + Mực nước lũ kiểm tra: +33,7 -Đà gió tính toán
+ Đà gió ứng với MNDBT: D =3,2 km
+ Đà gió ứng với mực nước lũ thiết kế: D = 3,25 km + Đà gió ứng với mực nước lũ kiểm tra: D = 3,3 km 5.1.2 Xác định các kích thước cơ bản của đập.
5.1.2.1 Xác định cao trình đỉnh đập.
Theo 14 TCN 157-2005, cao trình đỉnh đập được lấy bằng giá trị lớn trong các giá trị sau:
Z1= MNDBT +Dh+ hsl + a Z2= MNLTK +Dh' + hsl’ + a’
Z3 = MNLKT + a’’
Trong đó:
Dh,Dh'- Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.
hsl; hsl’- Chiều cao sóng leo ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.
a, a’, a’’- Độ vượt cao an toàn, theo 14 TCN 157-2005 với công trình cấp III ta có: a = 0,7m ; a’ = 0,5m ; a’’ = 0,2m.
MNDBT = 32,0m; MNLTK = 32,74 m; MNLKT = 33,7 m.
a) Xác định Dh, hsl ứng với gió lớn nhất V:
* Xác định Dh:
2
6 .
2.10 .V D.cos s
h gH
D
Trong đó:
V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ( ứng với p=4%), V = 30,5 (m/s).
D - Đà sóng ứng với MNDBT, D = 3,2.103(m).
g- Gia tốc trọng trường (m/s2), g = 9,81(m/s2).
H- Chiều sâu nước trước đập (m)
H = MNDBT - đáy sông = 32 – 6 = 26 (m).
S- Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió.
S = 00 Thay số ta có:
2 3
630,5 .3, 2.10
2.10 1
9,81.26
h
D = 0,0233 (m)
* Xác định hsl:
Theo QPTL C1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:
hsl(1%) = K1 . K2 . K3 . K4 .Kα. hs1%
Trong đó:
hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%.
K1, K2 - các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối /h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mái đập được tra ở bảng phụ lục P2-3.
K3 - hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4.
K4 - hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3.
- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là: H 0,5 - Tính các giá trị không thứ nguyên gt gD, 2
V V Trong đó:
t - thời gian gió thổi liên tục. Lấy t = 6giờ = 86400 s Thay số ta tính được:
2 2
9,81.6.3600
6947, 41 30, 5
9,81.3200
33, 75 30, 5
gt V gD V
Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được:
Ứng với 2 9,81.32002 34,88 30
gD
V
Ta tìm được cặp giá trị nhỏ nhất là: 2
0, 011 1,17 g h V
gt V
0, 011.30,52
h 9,81 = 1,04 (m)
1,17.30,5 3, 63 t 9,81
Bước sóng trung bình xác định theo công thức sau:
2 9,81.3, 632
20,57
2 2.3,14
g
(m).
0,5. =0,5.20,57 = 10,28 (m) H > 0,5 giả thiết là đúng.
Vậy sóng là sóng nước sâu.
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo 1% xác định theo công thức sau:
hs1%=K1%.h Trong đó:
K1% tra theo đồ thị hình P2-2 ứng với gD2 34,88
V và i = 1%.
K1% = 2,09
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo i= 1% là:
hs1% =K1%.h = 2,08.1,04 = 2,17 (m)
-K1, K2: Phụ thuộc đặc trưng lớp gia cố, với biện pháp gia cố bằng tấm bê tông cốt thép ta xác định được K1=1; K2=0,9
-K3: Phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái, với V=30 m/s; m=35 ta xác định được hệ số K3=1,5
-K4: Phụ thuộc vào hệ số mái, sơ bộ m=3,5 và giá trị
1%
9, 6 hsl
tra bảng ta xác định được K4=1,3
Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
hsl% = K1.K2.K3.K4.K.hs1% = 1,0.0,9.1,5.1,3.2,17 = 3,81 (m).
Vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT :
Z1 = MNDBT + Dh + hsl + a = 32 + 0,0233+ 3,81 + 0,7 = 36,53 (m).
b. Xác định h’ và hsl’
ứng với gió bình quân lớn nhất V’
Tương tự như trường hợp MNDBT nhưng tiến hành với MNLTK và vận tốc gió tương ứng với tần suất P = 50%.
* Xác định h’
h’ được xác định theo công thức sau
'2 '
' 6 '
2.10 V D' cos
h gH
D
Trong đó:
V’ - vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P50% suy ra V’ = 26,4 (m/s) D’ đà sóng ứng với MNLTK
D’ = 3,25 km
H’ chiều sâu nước trước đập ứng với MNLTK H’ = MNLTK – Zđáy đập
Thay số ta được: H’ = 32,74 - 6 = 26,74 (m).
s - góc kẹp giữa hướng dọc của hồ và hướng thổi của gió Tính toán cho trường hợp bất lợi nhất, lấy ‘
s = 0cos ‘
=1 Thay các số vào công thức ta tính được h’
'2 '
' 6 '
2.10 V D' cos
h gH
D =
2 3
626, 4 .3, 25.10
2.10 1
9,81.26, 74
= 0,0173
* Xác định hsl’:
Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được tính như sau:
hsl1%’
= K1’
.K2’
.K3’
.K4’
.K ‘
.hsl’
hsl
’
1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% được tính với trường hợp gió bình quân lớn nhất V’= 26,4 (m/s)
K1’
,K2’
- Các hệ số tra ở bảng P2-3.
K3’
- Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-4.
K4’
- hệ số tra ở đồ thị hình P2-3.
K ‘s - hệ số phụ thuộc vào s’ tra ở bảng P2-6.
Xác định hsl1%’
theo QPTL C1-78
Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H’ 0,5 ’ ) Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên:
, ,
,2 2
9, 81.6.3600 26, 4 8026 9, 81.3250
45, 75 26, 4
gt V
gD V
Tra đồ thị hình P2-1 ứng với đường bao trên cùng ta được:
Ứng với
,
,2 45, 75 gD
V
Ta tìm được cặp giá trị nhỏ nhất là: 2
0, 012 1,3 gh V
gt V
0, 012.26, 42
h 9,81 = 0,85 1, 3.26, 4 3,5
t 9,81
,2 2
, 9,81.3,5
19,14
2 2.3,14
g
Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5'
H’ = 26,74 > 0,5. 19,14 = 9,57(m): Thoả mãn điều kiện giả thiết
*Tính h’s1% = K1%.h, Trong đó:
Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P2-2 ứng với đại lượng.
,
,2 45, 75 gD
V
1% 2, 06 K
h’s1% = 2,06.0,85 =1,75 (m).
-K1, K2: Phụ thuộc đặc trưng lớp gia cố, với biện pháp gia cố bằng tấm bê tông cốt thép ta xác định được K1=1,0; K2=0,9
-K3: Phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái, với V=26,4 m/s; m=35 ta xác định được hệ số K3=1,5
-K4: Phụ thuộc vào hệ số mái, sơ bộ m=3,5 và giá trị 10,94
% 1
hs
tra bảng ta xác định được K4=1,4
h’sl1% = K’1.K’2.K’3.K’4.k.h’s1% = 1,0.0,9.1,5.1,4.1,75 = 3,3 (m) Vậy Z2 = MNLTK + Dh’ + h’sl + a’
= 32,74 + 0,013 + 3,3 + 0,5 = 36,56 (m) Tính cao trình đỉnh đập với MNLKT :
Z3 = MNLKT + a’’ = 33,7 + 0,2 = 33,9 (m)
So sánh ba trường hợp tính toán trên, để đảm bảo an toàn cho đập ta chọn cao trình đỉnh đập thiết kế là:
Zđđ=+36,6 m
5.1.2.3. Mái đập và cơ đập a. Mái đập:
Theo(theo 14TCN157-2005) thì hệ số mái m đươc chọn theo công thức kinh nghiệm sau:
+ Mái thượng lưu: mtl = 0,05.H + 2,0 + Mái hạ lưu: mhl = 0,05H + 1,5 Trong đó H là chiều cao đập H= Zdinh- Zdáy = 36,6 – 6 = 30,6m.
mtl = 3,53 ; mhl = 3,03.
Từ đó ta chọn mái như sau:
- Mái thượng lưu: mtl = 3,5 - Mái hạ lưu: Trên cơ: m2 = 3,0;
Dưới cơ m2’ = 3,25.
b. Cơ đập:
Đối với đập cao trên 10m, cơ đập có tác dụng tăng thêm ổn định cho đập, thoát nước trên mái dốc, phục vụ cho quá trình thi công và sửa chữa, quản lý và kiểm tra trong thời gian khai thác công trình. Vậy ta chọn bề rộng cơ là B = 3m.
Ta chỉ bố trí cơ ở hạ lưu đập.
- Cơ hạ lưu: Chọn cao trình cơ hạ lưu là: +22 m.
c. Bảo vệ mái thượng lưu:
Mái thượng lưu làm việc với môi trường bão hoà nước, để đảm bảo cho mái thượng lưu tránh sạt lở trong quá trình làm việc, chúng tôi gia cố mái thượng lưu bằng BTCT
+ Phạm vi gia cố:
- Phạm vi dưới = MNC-2h1%= 23-2x2,1 = +18,8 m - Phạm vi trên gia cố đến đỉnh đập
Vì chiều cao hs>1,25 m nên chúng tôi chọn gia cố mái bằng tấm bằng bê tông cốt thép R150 dày 30 cm, đổ tại chổ, kích thước (5 x 5 x 0,3)m
d. Bảo vệ mái hạ lưu:
Mái hạ lưu được trồng cỏ bảo vệ, có rãnh thoát nước ở mái và cơ đập. Thiết bị thoát nước đoạn lòng khe dưới hình thức lăng trụ đá đến cao trình +14,0 m. Hệ số mái lăng trụ m=1,5. Bề rộng đỉnh b=2m.