Thiết kế mặt cắt ngang đập

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

4.1. Thiết kế mặt cắt ngang đập

 MNDBT = 206,48 m.

 MNC = 193,6 m.

 Cao trình ngƣỡng tràn: 204,48 m.

 Cao trình đáy đập: 180,2 – 1 = 179,2 m (có kể đến bóc bỏ 1m)

 Tốc độ gió: V4% = 26,7 m/s; V50% = 17,2 m/s.

 Đà gió: DMNDBT = 0,34 km; DMNLTK = 0,4 km.

 Hướng thổi chính vuông góc với mặt đập: θ = 00.

 Thời gian gió thổi trực tiếp: t = 6(h).

 Độ vƣợt cao an toàn ứng với cấp công trình cấp II:

- a = 0,7m - a’ = 0,5m - a’’ = 0,2m

 Mức đảm bảo khi xác định sóng leo: P = 1%.

MNLKT

MNLTK

MNDBT

MNC

BC

ÐÐ

Hình 4.1. Sơ họa các mực nước trong hồ 4.1.2. Các trường hợp tính toán

Cao trình đỉnh đập được xác định dựa trên điều kiện không cho nước tràn qua đỉnh đập trong mọi trường hợp làm việc , mặt khác đập không quá cao để đảm bảo điều kiện kinh tế.

- Trường hợp 1: Mực nước dâng bình thường Xác định cao trình đỉnh đập theo công thức

đđ = MNDBT + h + S + hsl + a. (4.1) - Trường hợp 2: Mực nước lũ thiết kế

Xác định cao trình đỉnh đập theo công thức

đđ = MNLTK + h' + h'sl + a’. (4.2) - Trường hợp 3: Mực nước lũ kiểm tra

Xác định cao trình đỉnh đập theo công thức

đđ = MNLKT + a”. (4.3) Trong đó :

+ h, h' : Chiều cao nước dềnh do gió

+ S, S’ : Chiều cao dự trữ lún, lấy bằng 1%Hđ = 0,3m (Ƣớc tính Hđ=30m) + hsl,h'sl : Chiều cao sóng leo trên mái đập

+ a, a’,a”: Độ cao an toàn.

4.1.3. Đỉnh đập

Cao trình đỉnh đập được xác định dựa trên điều kiện không cho nước tràn qua đỉnh đập trong mọi trường hợp làm việc , mặt khác đập không quá cao để đảm bảo điều kiện kinh tế

Theo TCVN 8421-2010 Cao trình đỉnh đập được xác định từ 3 mực nước:

MNDBT và MNLTK và MNLKT nhƣ sau:

Z1 = MNDBT + h + hsl + a Z2 = MNLTK + h' + h'sl + a'.

Z3 = MNLKT + a”.

Trong đó:

+ h, h’ : Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.

+ hsl và h’sl : Chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1% ) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.

+ a, a’,a’’ : Độ vƣợt cao an toàn ( Theo tiêu chuẩn ngành 8421-2010).

Cao trình đỉnh đập: Zđđ = max (Z1; Z2; Z3)

4.1.3.1. Tính chiều cao nước dềnh do gió h ứng với gió tính toán lớn nhất

H s

g D

h V .cos

. . . 10 . 2

2

6



 Trong đó:

 V: vận tốc gió tính toán lớn nhất V4%

 D: đà sóng ứng với MNDBT

 g: gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2)

 H: chiều sâu nước trước đập tương ứng với MNDBT:

H = MNDBT - đáy = 206,48– 179,2 = 27,28 (m)

 s: góc giữa hướng gió tính toán và phương vuông góc với trục đập (độ) góc  có quan hệ với mực nước trong hồ.

4.1.3.2. Tính chiều cao sóng leo hsl1% ứng với gió tính toán lớn nhất.

Theo TCVN 8216-2009, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định nhƣ sau:

hsl1% =K1.K2.K3.K4.K hs1%

Trong đó :

 hs1%: Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%.

 K1, K2, K3, K4, K : Các hệ số.

* Giả thiết trường hợp này là sóng nước sâu ( H > 0,5λ) - Tính các đại lƣợng không thứ nguyên : ; 2

V gD V gt

- Tra đồ thị hình 35 (QPTL C1-78) ứng với đường bao trên cùng: với một giá trị không thứ nguyên ta xác định đƣợc cặp trị số 









V g V

h g .

. ;

2 .

- Chọn cặp giá trị nhỏ trong 2 cặp giá trị tra đƣợc để tính toán:

g V V

h h g

2 2 . . 





 (m) ;

g V V g. .



 



 

 (s) ;

- Chiều dài sóng trung bình xác định theo công thức sau:



  . 2

. 2

 g (m)

- Sau đó ta kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu xem có thoả mãn hay không, nếu không thì sóng là sóng nước nông ta phải tính toán lại.

Tính hs1% = K1%. h

Trong đó K1% tra hình TCVN 8421-2010 ứng với đại lƣợng

2

g.D V * Xác định các hệ số K1, K2, K3, K4, K

- K1, K2 : tra TCVN 8421-2010, phụ thuộc vào đặc trƣng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái, chọn lớp gia cố mái là bê tông cốt thép  = 0,015m

- K3 : tra TCVN 8421-2010, phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái m Sơ bộ chọn hệ số mái thượng lưu : m1 = 3÷ 5.

- K4 : phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

% 1

hs



- Hệ số K phụ thuộc vào góc s

4.1.3.3. Tính tương tự h’ và h’sl1% ứng với gió bình quân lớn nhất.

V’: vận tốc gió bình quân lớn nhất V50%

D’: đà sóng ứng với MNLTK, H’ = MNLTK - đáy

Ta có bảng kết quả tính toán:

Bảng: 4-1 Ttính toán cao trình đỉnh đập

TT Thông số MNDBT

(m)

MNLTK (m)

1 Mực nước tính toán (m) 206,48 208,28

2 Cao trình đáy sông tại thượng lưu đập(m) 179,2 179,2

3 Cột nước tính toán (H) (m) 27,28 29,08

4 Đà gió D (m) 340 400

5 Vận tốc gió V(m/s) 26,7 17,2

6 Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió ∝(độ) 0 0 7 Cao trình nước dềnh do gió ∆h (m) 0,0087 0,0033

8 Chiều cao an toàn a (m) 0,70 0,50

9 Thời gian gió thổi liên tục t(s) 21600 21600

10 gt/V 7936,18 12319,53

11 gD/V2 4,679 11,274

12 g /V 0,64 0,92

13 gh V/ 2 0,0042 0,0072

14  (s) 1,74 1,61

15 h (m) 0,31 0,22

16  (m) 4,73 4,05

17 0,5 (m) 2,365 2,025

18

Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu

H > 0,5 Thỏa mãn Thỏa mãn

19 K1% 2,1 2,1

20 hs1%(m)=K1%.h 0,651 0,462

21 hs1%

 0,023 0,032

22 K1 0,89 0,86

23 K2 0,78 0,74

24 K3 1,5 1,5

25 hs1%

 7,27 8,77

26 K4 0,85 0,9

27 K 1 1

28 hsl1% 0,58 0,40

29 Cao trình đỉnh đập (m) 208,28 209,12

MNDBT MNLTK MNLKT

Mực nước 206,48 208,28 209,12

∆H, H' 0.0018 0.0008

Hsl, Hsl' 0,58 0.40

a , a', a'' 0.7 0.5 0.2

Z 207,7618 209,1808 209,32

Bảng 4.2 : cao trình đỉnh đập ứng với các mực nước hồ Cao trình đỉnh đập tính toán : Zđđ = max (Z1; Z2; Z3) = 209,32 m.

Chọn cao trình đỉnh đập : Zđđ=210 m

Chiều cao đập H = Zđđ - Z đ = 210 – 179,2 = 30,8 m.

Chọn chiều cao đập bằng 30,8 m

4.1.3.4. Kiểm tra cấp công trình.

- Ta có :

+ Zđỉnh đập = 210 (m) => H = ∇đỉnhđập - ∇đáy đập = 210 – 179,2 = 30,8(m).

+ Nền loại B.

=> Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra bảng 1  Cấp thiết kế là cấp II bằng với cấp thiết kế ở trên nên thỏa mãn.

4.1.4. Mái đập và cơ đập

- Bề rộng đỉnh đập: Đỉnh đập không kết hợp làm đường giao thông nên chọn chiều rộng theo yêu cầu cấu tạo Bđ = 5 m.

- Mái đập:

+ Mái thượng lưu:

m1 = 0,05H + 2,00 = 0,05.31,4 + 2,00 = 3,57 + Mái hạ lưu:

m2 = 0,05H + 1,50 = 0,05.31,4 + 1,50 = 3,07 Trong đó: H là chiều cao đập (m).

- Cơ đập:

+ Mái thượng lưu: Để tăng ổn định cho mái thượng, kéo dài dòng thấm và thuận tiện cho thi công và vận hành, kiểm tra sau này ta bố trí cơ trên mái thượng lưu ở cao trình 195m với bề rộng cơ Bcơ = 3m.

 Hệ số mái thượng lưu là: mt = 3,5

+ Mái hạ lưu: Đập cao hơn 10m nên bố trí 2 cơ ở mái hạ lưu tại cao trình 200m và 193m với bề rộng cơ Bcơ = 3m.

 Hệ số mái hạ lưu là: mh = 3 & 3 4.1.5. Thiết bị thoát nước:

+ Mục đích: mục đích của việc đặt thiết bị thoát nước thân đập là cho dòng thấm thoát ra hạ lưu dễ dàng và an toàn, hạ thấp đường bão hòa không cho dòng thoát ra ở mái đập hạ lưu, tăng ổn định, chống xói ngầm và chống trượt mái.

+ Lựa chọn hình thức:

 Đoạn trên sườn đồi:

Đối với đoạn sườn đồi hạ lưu không có nước nên bố trí thoát nước kiểu áp mái sao cho cao hơn vị trí đường bão hòa 1,5m. Hai bên vai đập bố trí rãnh thoát nước.

 Đoạn lòng sông:

Đoạn lòng sông có nước , chọn thoát nước kiểu lăng trụ . Bề rộng đỉnh lăng tr ụ Bltr= 3m, hệ số mái m = 2; cao trình đỉnh lăng trụ là +186m.

Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền có tầng lọc ngược.

4.1.6. Cấu tạo đỉnh đập:

Đập đắp bằng đất dính, để bảo vệ đỉnh đập tránh sự đọng nước gây lầy trên đỉnh đập, đảm bảo giao thông đi lại đƣợc thuận tiện và mỹ quan, gia cố mặt đập bằng BT M150 đổ tại chỗ dày 20 cm. Mặt đập dốc sang phía hạ lưu với độ dốc i=2%, phần giao đỉnh đập với mái hạ lưu dùng BT M150 đổ thành tường cao 25cm, rộng 25cm để bảo vệ kích thước hình học của mặt cắt ngang đập.

4.1.7. Mái đập thượng lưu:

Chọn vật liệu gia cố mái thƣợng là tấm BTCT M150. Chiều dày lớp bê tông (t) đƣợc tính nhƣ sau:

m m B t h

n b

1 )

( 11 ,

0  2 



 

  

Trong đó: B: Kích thước của bản đo thẳng góc với mép nước (B=1,5m)

: Hệ số an toàn lấy =1.5

b: Dung trọng của bê tông = 2,4T/m3

n: Dung trọng của nước = 1,0T/m3 h: Chiều cao sóng leo = 0,63m t = 0,063m  chọn chiều dày bản theo cấu tạo t = 0,15 m

Mái thượng lưu trực tiếp chịu tác dụng của áp lực sóng nên cần được gia cố cẩn thận. phạm vi gia cố bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết 2,6 m(TCVN 8216-2009).

Cao trình thấp nhất bảo vệ mái thượng lưu: Z = 193,6 – 2,6 = 191m. Bảo vệ mái thượng bằng đá xếp, dưới lớp đá lát có tầng đệm theo hình thức lọc ngược.

1.5m Cát thô dày 15cm

m=2 m=2

Dăm sỏi lọc dày 20cm Ðá hộc xếp

3m MNHL max

4.1.8. Mái đập hạ lưu:

Hạ lưu trồng cỏ. Mặt đập từ mái hạ lưu làm các ô rãnh đổ dăm sỏi chéo góc 45o so với trục đập thu nước mưa trên mái hạ

Hệ thống rãnh tiêu nước được bố trí dọc theo cơ, cứ 25 m bố trí rãnh tiêu ngang đập dẫn nước theo mái đập xuống rãnh tiêu nước chân đập và đổ về suối hạ lưu (đống đá tiêu nước). Hệ thống rãnh tiêu nước chân đập bố trí toàn bộ chiều dài chân đập phần tiếp giáp giữa mái đập với mặt đất trừ phần đống đá tiêu nước chân đập. Hệ thống rãnh tiêu làm bằng đá xây M100.

4.1.9. Tường chắn sóng:

Tường chắn sóng bằng bê tông cốt thép M200, chiều cao tường 70 cm. Tường được thiết kế đảm bảo ổn định trượt lật. Cao trình đỉnh tường chắn sóng 211,3 m

4.1.10. Thiết bị chống thấm

- Mục đích: Hạn chế lưu lượng thấm và đề phòng các hiện tượng biến dạng của đất dưới tác dụng của dòng thấm đồng thời hạ thấp đường bão hòa trong thân đập, tăng ổn định mái dốc hạ lưu.

Bộ phận chống thấm ở nền đập có nhiệm vụ: giảm gradient thấm, để phòng biến dạng thấm ở nền đập và giảm lưu lượng thấm qua nền đập.

- Biện pháp chống thấm cho đập:

Nếu tần thấm tương đối mỏng(T<5m) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập và nền cho thích hợp sau:

+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm tận xuống tầng không thấm).

+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng.

Nếu tầng thấm dày (T>10m): phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ.