Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH THỦY
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM
Phần I

Giới thiệu chung về công trình và tài liệu cơ bản
1.1.

Nhiệm vụ công trình

Một hồ chứa nước được xây dựng trên sông với mục đích tưới là chính và đảm nhận các
nhiệm vụ sau :
1. Cấp nước tưới cho 5000 ha đất canh tác
2. Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân
3. Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái.
4. Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N = 1000KW
1.2.

Các hạng mục công trình đầu mối

Tại đầu mối có 3 hạng mục công trình chủ yếu được xây dựng
1. Đập chính ngăn sông – được chọn phương án là đập đất
2. Công trình tràn tháo lũ với 2 phương án có thể lựa chọn là Đường tràn dọc hoặc
máng tràn ngang; Tràn hoạt động theo kiểu tràn tự do.
3. Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở đặt dưới thân đập đất để lấy nước phục vụ
tưới.
1.3.
1.

Tài liệu cơ bản cho trước
Tài liệu địa hình :

- Cho trước bình đồ địa hình vùng tuyến tỷ lệ 1:2000
- Tuyến đập thiết kế đã được chọn trước trên bình đồ.
-

Có 8 bình đồ 01-02-03-04-05-06-07-08 – Sinh viên được chỉ định làm đồ án với 1
bình đồ cụ thể (theo số đề trong bảng 3)

-

Tài liệu địa chất : Địa chất tuyến đập tương đối đơn giản, có 3 lớp, từ trên xuống :
Trang 1


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

o Lớp 1 : Lớp phủ tàn tích dày từ 0,5-1,2m phân bố ở 2 bên bờ
o Lớp 2 : Lớp bồi tích lòng sông thấm mạnh, có bề dày từ 1-20m
o Lớp 3 : Lớp dưới cùng là đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẽ trung bình
o Chỉ tiêu cơ lý của lớp nền bồi tích được cho ở bảng 1
-

Từ bình đồ địa hình, tuyến đập sinh viên phải vẽ được mặt cắt dọc địa hình tuyến
đập.


- Sau đó căn cứ vào số liệu về vị trí các lổ khoan và bề dày các lớp đất tại từng lỗ
khoan để vẽ mặt cắt địa chất dọc tuyến đập.
2.

Tài liệu về vật liệu xây dựng :

- Đất đắp đập : Trong khu vực xây dựng có 3 bãi vật liệu, đất thuộc loại thịt pha cát,
thấm nước tương đối mạnh, đất ở các bãi vật liệu là tương đối đồng nhất, có đủ trữ
lượng để đắp đập đồng chất. Điều kiện khai thác bình thường. Chỉ tiêu cơ lý cho ở
bảng 1
- Đất sét : có thể khai thác cách vị trí xây dựng đập 4km, đủ yêu cầu và trữ lượng để
làm vật chống thấm.
- Đá : Có trữ lượng lớn, đủ để xây dựng bảo vệ mái, vật thoát nước và tường chắn
sóng… Đá có các chỉ tiêu cơ lý như sau :
o

Góc ma sát trong : φ = 30o

o Độ rỗng của đống đá: n = 0,35
o

Dung trọng khô của hòn đá: k = 2,4t/m3

o

Hệ số thấm qua đống đá : k = 10-2m/s

- Cát sỏi : Được khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ để
xây dựng tầng lọc (cấp phối hạt cho ở bảng 2)


Trang 2


Đồ án môn học : Công Trình Thủy
Chỉ
tiêu
Loại
Đất
Đắp đập
Sét
Cát
Lớp bồi
tích

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

HS
rỗng
n

Độ ẩm
W%

0,35

20

23

20


3,0

0,42
0,40
0,39

22
18
24

17
30
26

13
27
22

5,0
0
1,0

d(mm)

Độ

C ( T/m2)
Tự Bão Tự Bão
nhiên hòa nhiên hòa


(T/m3)

K
(m/s)

2,4

1,62

10-6

3,0
0
0,7

1,58
1,60
1,59

10-9
10-4
10-5

d10

d50

d60


0,005
0,050
0,500

0,005
0,350
3,000

0,080
0,040
5,000

Loại
Đất thịt pha cát
Cát
Sỏi

3. Các đặc trưng hồ chứa:
Đề
số

Sơ
đồ

Đặc trưng hồ chứa

D
(km)

Mực nước hạ lưu

(m)

MNC MNDBT MBHLBT MNHL
(m)
(m)
Max

Qcống (m3/s)

Qtk

Q

(MNC)

(MNBT)

Mực
nước
đầu
kênh
(m)

(1)

(2)

(3)

(4)


(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

20

2-B

5

115,5

139,8

111,5

114,3

4,8

4


113,1

Trang 3


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

-D(km)

: Chiều dài truyền sóng (còn gọi là đà gió) ứng với MNDBT

-D’(km)

: Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK
D’=D+0,5km = 5+0.5 = 5,5 (km)

-MNC(m)

: Cao trình mực nước chết của hồ chứa : 115,5 (m)

-MNDBT(m)

: Cao trình mực nước dâng bình thường của hồ chứa : 139,8 (m)

-MNLTK (m)
: Mực nước lũ thiết kế được tính bằng MNDBT cộng thêm cột nước lớn
nhất trên đĩnh tràn tự do :

MNLTK = MNDBT + Ht max (1)
+Trong đó: Ht max là cột nước lớn nhất trên tràn tự do khi xãy ra lũ thiết kế - cho Ht max
= 4m
Thế vào (1)
MNLTK = 139,8 + 4 = 143,8 (m)
- MNLKT(m): Mực nước lũ kiểm tra, là mực nước lớn nhất trong hồ khi xãy ra lũ kiểm tra.
Ở đây cho : MNLKT = MNLTK + 1 m
= 143,8 + 1 = 144,8 (m)
-MNHL max (m) : Mực nước hạ lưu lớn nhất: 114,3(m)
-MNHL bt (m)

: Mực nước hạ lưu bình thường : 111,5(m)

Trang 4


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

Thiết kế đập đất
2.1. Cấp công trình và các chi tiêu thiết kế:
2.1.1.
a.

Cấp công trình:
Theo chiều cao công trình và lọai nền:

Giả thiết sơ bộ cao trình đỉnh đập:
Ta có:

𝑍đ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 =

MNLTK + d = 143,8 + 2= 145,8(m) ( chọn d=2m)

Chiều cao đập :
𝐻Đậ𝑝

= 𝑍Đ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 - 𝑍 đá𝑦 = 145,8 - 105 = 40,8 (m)

Tra Bảng 1 trang 10 phân cấp công trình thủy lợi (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT )
Ứng với chiều cao đập bằng40,8(m) thì đây là công trình cấp II
b.

Theo năng lực phục vụ :

- Tra lại bảng 1 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT , ứng với diện tích tưới 5000 ha
Công trình cấp III
-So sánh 2 chỉ tiêu chọn cấp công trình là cấp II
2.1.2.

Các chỉ tiêu thiết kế :

Từ công trình cấp II xác định được các chỉ tiêu sau :
+

Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất : Tra bảng 4(QCVN 04-05:2012/BNNPTNT)
Ta có P= 1%

+


Hệ số tin cậy : Tra bảng 9 ta có ứng với công trình cấp I , ta có 𝐾𝑛 =1,15

+

Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất, các mức đảm bảo sóng :
Theo bảng 2 của TCVN 10396 : 2015 . Ta có :
MNDBT : P = 4%
MNLTK : P =50%
Trang 5


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

Từ đó suy ra vận tốc gió ứng với các tần suất P% như sau:
P = 4% v = 27 m/s : MNDBT
P =50%v =12m/s : MNLTK
Tra bảng 3 TCVN 10396-2015/BNNPTNT : Xác định được chiều cao an toàn của đập theo
cấp công trình như sau :
 Ứng với MNDBT : a = 0,7(m)
 Ứng với MNLTK : a = 0,5(m)
 Ứng với MNLKT : a =0,2(m)
2.2 : Thiết kế kích thước cơ bản của đập
2.2.1.

Xác định cao trình đỉnh đập:

Khi thiết kế đập đất cần xét điều kiện không cho nước tràn qua đỉnh đập trong mọi điều
kiện làm việc. Mặt khác đập đất không được quá cao để đảm bảo các điều kiện kinh tế. Để

xác định cao trình đỉnh đập cần tính toán các trường hợp sau:
 Ứng với MNDBT ở thượng lưu có xét tới chiều cao sóng leo và độ dềnh mực nước
trong hồ do gió lớn nhất tính toán gây ra.
Z1= MNDBT + h + hSL + a

 Ứng với MNLTK ở thượng lưu ( khi xả lưu lượng lũ lớn nhất tính toán), có xét tới
chiều cao sóng leo ở mái đập và đồ dềnh trong hồ do gió bình quân lớn nhất gây ra.
Z2= MNLTK + ∆ℎ′ +ℎ′𝑆𝐿 + 𝑎′
 Ứng với MNLKT ở thượng lưu:
Z3 = MNLKT + a’’
Trong đó:



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

hsl, hsl’: Chiều cao sóng leo (ứng với tần suất đảm bảo thiết kế 1%) do gió tính toán
lớn nhất và gió tính toán bình quân.
Trang 6


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

 a ,a’ : đồ vượt cao an toàn
a. Xác định độ dềnh do gió:
Xác định theo công thức
𝐿.𝑉 2


𝑤
∆ℎ= 𝐾𝑤 . 𝑔(𝑑+0,5∆ℎ)
cos 𝛼𝑤



w: góc giữa trục dọc của khu chứa nước và hướng gió, độ;
gió di chuyển vô hướng,nên ta chọn hướng bất lợi nhất.



g : gia tốc trong trường ; g = 9,81/s



L: đà sóng, tính bằng mét; L = 5 km = 5000 m



d: chiều sâu ứng với mực nước tính toán

 w = 0 vì theo khảo sát

d = MNDBT - Zđáy = 139,8 - 105 = 34,8(m)


Vw: vận tốc tính toán của gió ,được xác định theo - công thức 115 điều A3.3 theo
TCVN 8421 : 2010
Vw =𝑘𝑓𝑙 . 𝑘𝑙 .𝑉𝑙


Trong đó :
 𝑉𝑙

: vận tốc gió ứng với P=4%  𝑉𝑙 = 27(m/s)

 𝑘𝑓𝑙 =0,675
 𝑘𝑙 =


+ 4,5
= 0,675 + 4,5
= 0,84
𝑉
27
𝑙

1

Vw =0,84.1.27=22,68(m/s)

kw: hệ số, được lấy theo Bảng A2 TCVN 8216-2009; dùng phương pháp nội suy ta có được
như sau : kW = 2,34.10-6


∆ℎ

=2,34.10−6.

22,682 .5000
9,81.(34,8 + 0,5.∆ℎ)


Giải hệ phương trình trên ta có


∆ℎ

= 0,018 (m)

Xác định hSL

Theo TCVN 10396:2015 chiều cao sóng leo ứng với tần suất leo 1% được xác định như
sau:
Trang 7


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

hsl = H1% = k1.k2.k3.k4.h1%
Trong đó:


h1% :chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%



kr,kp: hệ số nhám và hệ số hút nước của mái dốc xác định theo bảng 6 TCVN
8421:2010




ksp :hệ số theo vận tốc xác đinh theo bảng 7 TCVN 8421:2010



krun :hệ số được lấy theo bảng 11 TCVN 8421:2010(tùy thuộc vào độ thoải của sóng
vùng nước sâu)



Xác định h1%

d
λ

>0,5

Giả thiết sóng nước sâu
d ≥ 2ℎ1%
Ta tiến hành tính toán các đại lượng không thứ nguyên
Trong đó :


gL
gt
và
Vw
Vw2


g: Gia tốc trọng trường ; g =9,81 𝑚2/s

 t: thời gian gió thổi ;t=6 giơ
 𝑉𝑤 :


vận tốc gió tính toán(m/s)

L: chiều dài đường sóng ứng với mực nước dâng bình thường; L=5000m

Thay số ta tính được

gt
=
Vw

=>

9,81.6.5000
22,68

= 9342,9 .Tra hình A1 TCVN 8421:2010

̅
𝑔.ℎ
𝑉𝑤 2
𝑔.𝜏̅
𝑉𝑤

= 0,045

= 2,9
Trang 8


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

gL
9,81.5000
= 22,68.22,68
= 95,36
2
Vw
̅
𝑔.ℎ
𝑉𝑤 2

=>

𝑔.𝜏̅
𝑉𝑤

= 0,017
= 1,53

Chọn cặp giá trị nhỏ nhất




̅
𝑔.ℎ
𝑉𝑤 2

=>

𝑔.𝜏̅
𝑉𝑤

= 0,017
= 1,53

 Chiều cao sóng trung bình
2

𝑉
ℎ̅=0,017.( 𝑤𝑔 )

Chu kỳ sóng trung bình:


𝜏̅


2

= 0,017.22,68
= 0,89 (m)
9,81


=1,53.(𝑉𝑔𝑤) = 1,53.22,68
= 3,54 (s)
9,81
Bước sóng trung bình:

Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu d= 34,8 (m) > 0,5.  =0,5.19,58 = 9,79 m
Vậy giả thiết sóng sâu là đúng.
Chiều cao sóng nước sâu ứng với mực nước đảm bảo 1%,xác định :
hs1%=K1%. h

Trong đó:
 ℎ̅:


chiều cao sóng trung bình(m)

K1%: Tra đồ thị hình A2 TCVN 8421:2010 với

gL
= 95,36 và P= 1%
Vw2
Trang 9


Đồ án môn học : Công Trình Thủy
⟹ hs1%=

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

2,09.0,89= 1,86(m)


Chọn kết cấu gia cố mái là đá lát bình thường có ∆= 0,02m
⟹ℎ ∆ = 0,02
=0,01
1,86
𝑠1%

Tra bảng 6 TCVN 8421:2010⟹𝐾1=0,95 ;𝐾2=0,85
Giả thiết hệ số mái m =(3-5), 𝑉𝑤 = 22,68(m/s), .Cao trình đặt cống
Tra bảng 7 TCVN8421:2010⟹𝐾3=1,5
̅

19,68
Ta có: ℎ 𝜆 =2,048
=9,56 ; Tra trên hình 11 TCVN8421:2010⟹𝐾4=1,00
𝑠1%

⟹ hsl = Hrun1% =0,95.0,85.1,5.1,00.1,86 = 2,253(m)
Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT
Z1 = MNDBT + h + hsl + a =139,8+0,018 +2,253 +0,7 = 142,77(m)
b.

Xác định ∆ℎ′ và ℎ′ 𝑠𝑙

Xác định theo công thức 114 TCVN 8421:2010
𝐿′ .𝑉 2′

𝑤
∆ℎ′ = 𝐾𝑤 . 𝑔(𝑑′ +0,5∆ℎ
′ ) cos 𝛼𝑤


- w: góc giữa trục dọc của khu chứa nước và hướng gió, độ;
chuyển vô hướng,nên ta chọn hướng bất lợi nhất.

 w = 0.vì theo khảo sát gió di

-g: gia tốc trong trường ; g = 9,81𝑚2/s
-𝐿′: đà sóng, tính bằng mét; 𝐿′= 5+0,5=5,5 km =5500 m
-𝑑′ : chiều sâu ứng với mực nước tính toán: 𝑑′ =MNLTK-𝛻đ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝= 143,8 – 105 = 39,8 m
-Vw ′: vận tốc tính toán của gió ,được xác định theo công thức 115,điều A3.3
TCVN8421:2010
Vw ′ = 𝑘𝑓𝑙 .𝑘𝑙 .𝑉𝑙

Trong đó :
+ 𝑉𝑙 : vận tốc gió ứng với P=50%  𝑉𝑙 = 12(m/s)

Trang 10


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

+𝑘𝑓𝑙 =0,675 + 4,5
= 0,675 + 4,5
= 1,05
𝑉
12
𝑙


+ 𝑘𝑙 = 1
 Vw =1,05.1.12=12,6(m/s)

-kw: hệ số, được lấy theo Bảng A2 TCVN 8216-2009; dùng phương pháp nội suy ta có
được như sau : kw = 2,1.10-6
∆ℎ′

=>

=1,434.10−6.

12,62 .5500
9,81.(39,8+0,5.∆ℎ)

Giải hệ phương trình trên =>∆ℎ′ = 3,2.10−3(m)


Xác định

ℎ′ SL

Theo TCVN 8421:2010 chiều cao sóng leo ứng với tần suất leo 1% được xác định như sau:
ℎ′ sl =

Hrun1% = 𝑘1 ′.𝑘2 ′. 𝑘3 ′ . 𝑘4 ′. ℎ1% ′

Trong đó
+ ℎ′1% :chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%
+𝑘𝑟 ′,𝑘𝑝 ′: hệ số nhám và hệ số hút nước của mái dốc xác định theo bảng 6 TCVN8421:2010
+𝑘𝑠𝑝 ′ :hệ số theo vận tốc xác đinh theo bảng 7 TCVN 8421:2010

+ 𝑘𝑟𝑢𝑛 ′ :hệ số được lấy theo bảng 11 TCVN 8421:2010(tùy thuộc vào độ thoải của sóng
vùng nước sâu)


Xác địnhℎ′1%

Giả thiết sóng nước sâu

d
λ

>0,5

d≥2ℎ1%



Ta tiến hành tính toán các đại lượng không thứ nguyên

Trong đó :


gt và gL
Vw
Vw2

g: Gia tốc trọng trường ; g =9,81 𝑚2/s

 t: thời gian gió thổi ; t=6 giờ
 𝑉𝑤 :


vận tốc gió tính toán(m/s)
Trang 11


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

 L: chiều dài đường sóng ứng với mực nước dâng bình thường; L=3600m
Thay số ta tính được

gt =
Vw
=>

9,81.6.3600
12,6

=16817 . Tra hình A1 TCVN 8421:2010

̅
𝑔.ℎ
𝑉𝑤 2
𝑔.𝜏̅
𝑉𝑤

= 0,09

= 4,2

gL
= 9,81.5500
= 340
12,62
Vw2

=>

̅
𝑔.ℎ
𝑉𝑤 2

= 0,03

𝑔.𝜏̅
𝑉𝑤

= 2,2

 Chọn cặp giá trị nhỏ nhất
=>

ℎ̅

̅
𝑔.ℎ
𝑉𝑤 2

= 0,03


𝑔.𝜏̅
𝑉𝑤

= 2,2
2

2

=0,03.(𝑉𝑤𝑔 ) = 0,03.12,6
= 0,486(m)
9,81

Chu kỳ sóng trung bình:
𝜏̅

=2,2.(𝑉𝑔𝑤) = 2,2.12,6
= 2,83(s)
9,81

Bước sóng trung bình:

Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu d= 39,8 (m) > 0,5.  =0,5.12,51 =6,26 m
Vậy giả thiết sóng sâu là đúng.
Chiều cao sóng nước sâu ứng với mực nước đảm bảo 1%,xác định
ℎ′ s1%=K1%. h

Trong đó:
Trang 12



Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

+ℎ̅: chiều cao sóng trung bình(m)
+ K1%: Tra đồ thị hình A2 TCVN 8421:2010
với

gL
=340 và P = 1%⟹ ℎ′s1%= 2,1.0,486=1,021(m)
Vw2

0,02
Chọn kết cấu gia cố mái là đá lát bình thường có ∆= 0,02 ⟹ℎ′∆ = 1,021
=0,019
𝑠1%

Tra bảng 6 TCVN 8421:2010⟹𝐾1=0,91 ;𝐾2=0,81
Giả thiết hệ số mái m =(3-5), 𝑉𝑤 = 12,6(m/s),
Tra bảng 7 TCVN8421:2010 và dùng phương pháp nội suy⟹ 𝐾3=1,2
̅

Ta có: ℎ 𝜆 =12,51
=12,25 ; Tra trên hình 11 TCVN8421:2010⟹ 𝐾4=1,1
1,021
𝑠1%

⟹ h’sl = Hrun1% =0,91.0,81.1,2.1,1.1,021=0,993(m)
Vậy cao trình đỉnh đập ứng với MNLTK:
Z2= MNLTK + ∆ℎ′ +ℎ′𝑆𝐿 + 𝑎′ =143,8+ 3,2.10−3+ 0,993+0,5=145,3 (m)

Cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT :
Z3 = MNLKT + a’’= 144,8 + 0,2= 145(m)
Chọn cao trình đỉnh đập :
Zđ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 =max(𝑍1 , 𝑍2 , 𝑍3 )=max(142,77;

145,3; 145)=145,3(m)

Làm tròn cao trình đỉnh đập :Zđ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 = 146 (m)
Kiểm tra lại :
Hđ=Zđ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 -Z đ𝑎𝑦 =146 - 105 = 41(m)
Tra lại bảng 2.2 TCXDVN 285 : 2002 ⟹cấp công trình bằng II.
Kết luận: chọn Zđ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 = 41(m)
2.2.2. Mái đập và cơ đập
a. Bề rộng đỉnh đập:
Dựa theo TCVN 8216-2009 quy định:
-

b.

Chiều rộng đỉnh đập cần đươc xác định phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai
thác, có xét đến cấp công trình, đồng thời không được nhỏ hơn 5m. Như vậy, không
xét tới yêu cầu về đường giao thông , với công trình cấp II ⟹B = 10m
Mái dốc:

- Độ dốc mái đập là cotg của góc nghiêng của mái đập so với phương nằm ngang. Việc
Trang 13


Đồ án môn học : Công Trình Thủy


GVHD: ThS Lê Văn Hợi

lựa chọn mái dốc căn cứ vào chiều cao đập, loại đập, tính chất của đất đắp đập và các điều
kiện thi công khai thác.
- Mái thượng lưu : mTL = 0,05Hđ + 2= 0,05.41+2= 4,05 ⟹mTL= 4
146 đến 130 chọn m = 3,5
130 đến 105 chọn m = 4

- Mái hạ lưu : mHL = 0,05Hđ + 1,5=0,05.41+1,5= 3,55 ⟹mHL =3,5
146 đến 130 chọn m = 3

130 đến 105 chọn m = 3,5

c. Cơ đập:
- Chọn bề rộng cơ đập

𝑏𝑐ơ =3m

2.2.3. Vật chống thấm
-Đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm lớn , do đó cần chống thấm cho thân và nền đập.
-Chiều dày tầng thấm
T=6,5(m) ,nên sử dụng biện pháp chống thấm tường nghiêng + chân răng. Chọn sơ bộ kích thước

1. Tường nghiêng :
a. Chiều dày tường nghiêng :
-trên đỉnh : thường 𝛿1 ≥ 0,8 𝑚. Chọn 𝛿1 =1m
- dưới đáy : thường

1
𝐻

10

1

≤ 𝛿2 ≤ 4 𝐻.

Chọn 𝛿2 = 5𝑚

Trong đó :H là cột nước trước đập
b. Cao trình đỉnh tường nghiêng :
-Chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu.Theo TCVN 8216 :2009 ứng với công trình
cấp II chọn chiều cao an toàn a=0,5
⟹ Cao trình đỉnh tường nghiêng Ztường nghiêng ≥ 143,8 + 0,5= 144,3 (m) nên ta chọn Ztn=145
(m)
Chân răng :
Theo đề bài tầng thấm nước là có hạn và có chiều dày T = 6,5 m nên ta kéo dài tường nghiêng tạo
Trang 14


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

thành tường chân răng cắm sâu xuống tầng không thấm nước.
- Chọn sơ bộ kích thước chân răng :
Chiều dày tường răng phải bảo đảm ổn định về thấm, tức là Jr<[J]. Tường răng cắm xuống tầng
không thấm một độ sâu ≥ 0,5m. Ngoài ra còn phải đảm bảo điều kiện tiếp nối đều đặn ( không có
đột biến ) giữa tường nghiêng với chân răng.
Thượng Lưu
- Ta có cotg  =


3.5∗16+4∗25
41

=3,804

𝛿
5
Tính t1 =𝑠𝑖𝑛𝛼
=
= 19,67 (m)
𝑠𝑖𝑛14,7°

Hạ Lưu
Ta có cotg  = 3∗16+3.5∗14.2
=3,235
30.2
𝛿
1
Tính t2 =𝑠𝑖𝑛𝛼
= 𝑠𝑖𝑛17,1° = 3,39

Khi đó chiều dày trung bình của chân răng là :
t = (t1 + t2)/2 = (19,67+ 3,39)/2 = 11,53 (m)
2.2.4.

Vật thoát nước

1. Đoạn lòng sông:
- Ứng với hạ lưu có nước.Chiều sâu mực nước hạ lưu ứng với MNHL Max và MNHLBT

HMNHLmax

=MNHL Max - Zđáy = 114,3 - 105 = 9,3 m

HMNHLBT

=MNHL BT-

Zđáy

= 111,5 - 105 =6,5 m

- VTN kiểu lăng trụ có cao trình cao hơn mực nước hạ lưu (ứng với trường hợp thượng lưu
là MNDBT) một độ cao an toàn, không tính với trường hợp thượng lưu là MNLTK (hạ lưu
là mực nước max) vì khi đó đường bão hoà (y) chưa kịp ra ở mái hạ lưu.
Hlăng trụ = HMNHL max

+ 1,5 = 9,3 + 1,5 = 10,8 (m)

-Bề rộng lăng trụ thường ≥ 2m . Chọn b=3m
-Mái trước và sau của lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá (m′1 =1,25m;
m′ 2=1,5m).Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược.
Trang 15


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

2. Đoạn sườn đồi

- Ứng với hạ lưu không có nước , chọn thoát nước kiểu áp mái.
2.3. Tính toán thấm qua đập và nền
2.3.1.

Tính thấm cho mặt cắt lòng sông:

-Ứng với hạ lưu có nước, sử dụng vất thoát nước lăng trụ.Vì hệ số thấm của tường nghiêng
và sân phủ nhỏ hơn hệ số thấm của nền và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp gần
đúng của Pavolopxki : bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân trước.
a.

Tính lưu lượng thấm

- Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước 𝑎0, ta có hệ phương trình để xác
định q và ℎ1

-

-

-

Đặt hệ phương trình trên là (*)
Trang 16


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi


Trong đó:
_ 𝐵ĐĐậ𝑝 = 10m ( Chọn để thiết kế )
_ 𝐻Đậ𝑝 = 41m
_ q : lưu lượng thấm
_ Hệ số thấm của đập: kđ = 10-6 m/s
_ Hệ số thấm của thiết bị chống thấm k0 = 10-9 m/s
_ Hệ số thấm của nền kn = 10-5 m/s
2
_  : Chiều dày trung bình của tường nghiêng 𝛿=𝛿1+𝛿
=1+5
=3m
2
2

_ T : Chiều dài miền thấm (T= 6,5 m)
_ Cột nước trước đập H1=MNDBT- Zđáy = 139,8 – 105 = 34,8 (m)
_ Cột nước sau đập

H2 =MNHLBT- Zđáy =

_Thượng Lưu :

𝑚1 =

_ Hạ Lưu

m2 = 3 ;

:


3,5;

111,5 - 105 = 6,5 (m)

𝑚1′ = 4
𝑚2′ = 3,5

Z0 =  .cos  = 3.cos14,,7o = 2,9(m)

𝛿
Chiều dài của cả chân đập L = mTL. Hđập + mHl. Hđập -𝑠𝑖𝑛𝛼
- m‘.(Htrụ-H2)+ Bđập
5
= 4.41+3,5.41- 𝑠𝑖𝑛14,7
-1,25.(41-6,5)+10 =254,705(m)

 Đối với thoát nước kiểu lăng trụ
_
_

𝑍Đ𝑇𝑟ụ =
𝐵𝑇𝑟ụ

MNHL Max + 2 = 114,3 + 2 = 116,3 m

= 3m

_ Mái trước của lăng trụ : m′ 3 =1,25 m
_ Mái sau của lăng trụ


: m′ 4 =1,5

m

_ Chiều cao của lăng trụ Hlăng trụ = 10,3 m

Trang 17


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

LCĐập = m1.16 + 𝑚1′.25 + Bcơ +Bđập + m2 .16+ Bcơ + 𝑚2′.14,2+𝑚4′.Htrụ + Bltru

= 3,5.16 + 4.25 + 3 + 10 + 3.16 + 3,5.14,2 + 1,5.10,8 + 3 = 285.9 (m)
Từ (*) và các số liệu trên ta có :
Giải hệ phương trình trên ta ⟹h3= 10,15 (m) ; q = 7,36.10−7 (m3/s)

b.

Phương trình đường bão hòa :
ℎ 2 −ℎ2

2

2

10,15 −6,5
√10,152 −

=
𝑥 = √103.02 − 0,28𝑥
254,705−4∗10,15
3

3
2
𝑌 = √ℎ32 − 𝐿−𝑚∗ℎ

Bảng phương trình đường bão hòa :
X

0

30

60

90

120

140

170

200

Y


10,15

9,73

9,29

8,82

8,33

7,99

7,44

6,86

c. Kiểm tra độ bền thấm :

- Với đập đất độ bền thấm bình thường có thế đảm bảo được nhờ vào 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 1 điểm
bất kỳ trong thân đập hay nền.
Trang 18


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

-Với thân đập, cần đảm bảo điều kiện :

𝐽𝑘 𝑑 ≤ [𝐽𝑘 ]đ

Trong đó : [𝐽𝑘 ]đ phụ thuộc vào đất đắp đập và cấp công trình .Ứng với đất đắp đập là đất á
cát và công trình cấp II ,tra phụ lục 3-3.Chọn [𝐽𝑘 ]đ=0,65( theo tiêu chuẩn mới công trình cấp
II tương đương với công trình cấp III của tiêu chuẩn cũ)
𝐽𝑘 𝑑

⟹

h3 −h2
10.15−6.5
=L−m
= 254.705−4∗10.15
= 0,018
.h
1

3

𝐽𝑘 𝑑 ≤ [𝐽𝑘 ]đ ⟹ Thỏa

mãn điều kiện thấm của đập

-Với nền đập, cần đảm bảo điều kiện :
𝐽𝑘 𝑛 ≤ [𝐽𝑘 ]𝑛

Trong đó : [𝐽𝑘 ]𝑛 phụ thuộc vào loại đất đắp nền và cấp công trình, tra bảng phụ lục 3-2
⟹[𝐽𝑘 ]𝑛 =0,25
𝐽𝑘 𝑛


h3 −h2
= L +L+0,88.L−h
s

′
2. m

10.15−6.5
=254.705+0.44∗6.5−4∗6.5
=0,016

⟹𝐽𝑘 𝑛 ≤ [𝐽𝑘 ]𝑛 ⟹thỏa mãn điều kiện về thấm của đập
2.3.2. Tính thấm cho sườn đồi
Sườn đồi ứng với đập trên nền không thấm,hạ lưu ko có nước ,thoát nước kiểu áp mái
a.

Tính lưu lượng thấm :

Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sau ℎ1 ,
phương trình sau :

𝑎0

, được xác định từ hệ

Trong đó :
T = 0 , ℎ2 = 0
Trang 19



Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

-q: lưu lượng thấm
-𝐾đ: hệ số thấm của đập (K đ =10−6 )
-𝐾0 :hệ số thấm của vật liệu làm tường nghiêng (K 0 =10−9 )
-H1:cột nước trước đập
H1 =MNDBT- Zmặt cắt =

139,8 - 130 = 9,8 (m)

-m1:hệ số mái thượng lưu (m1= 3,5 )
-m2 :hệ số mái hạ lưu ( m2 = 3 )
-L :chiều dài đập (L = 114 m)
2
- 𝛿 : chiều dày trung bình tường nghiêng 𝛿=𝛿1+𝛿
=1+3
=2 m
2
2

𝑍0 = 𝛿 .cos𝛼

(với 𝛼=14,70)

=2.0,97= 1,94 m

Giải hệ bằng phương pháp thử dần
h3 =


⟹

3,93m

q = 7,7*10−8(m3/s)

Phương trình đường bão hòa :

b.

2

3,93 .X
Y = √3,932 − 114−3,5∗3,93

=√15,45 − 0,15X (*)
Thay vào x vào (*) ta được y
Bảng phương trình đường bão hòa
x
y

0
3,93

10
3,73

20
3,53


40
3,07

60
2,54

80
1,86

100
0,67

c. Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt :
-Cần đảm bảo điều kiện :𝐽𝑘 đ ≤ [𝐽𝑘 ]đ
Trong đó : [𝐽𝑘 ]đ phụ thuộc vào đất đắp đập và cấp công trình .Ứng với đất đắp đập là đất
Trang 20


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

á cát và công trình cấp I ,tra phụ lục 3-3.Chọn [𝐽𝑘 ]𝑛 =0,65( theo tiêu chuẩn mới công trình
cấp I tương đương với công trình cấp II của tiêu chuẩn cũ)
𝐽𝑘 𝑑

⟹

h3

3,93
=L−m.h
= 114−3,5∗3,93
= 0,039
3

𝐽𝑘 𝑑 ≤ [𝐽𝑘 ]đ ⟹ Thỏa

mãn điều kiện thấm của đập

2.4. Tính toán ổn định mái đập
2.4.1. 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 lực cơ bản).
- Khi thượng lưu có MNLTK, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ
hợp lực 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 0,2Hđập) tổ hợp lực
cơ bản.
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp lực

đặc biệt)
2.4.2. Tính toán ổn định bằng phương pháo cung trượt.
1.

Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm.

Để giảm bớt khối lượng tính toán trước khi tính hệ số ổn định K, ta cần xác định vùng
chứa tâm trượt nguy hiểm bằng cách sử dụng kết hợp hai phương pháp:
- Phương pháp Filennit:
Theo Filennit, tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 (hình vẽ).
Điểm M1 được xác định dựa vào các góc  và , các góc này phụ thuộc độ dốc mái đập
Bảng 4.46 giáo trình Thuỷ Công I.

Trang 21


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

Trong trường hợp này:
mhạlưu = 3,5 dùng phương pháp nội suy

 = 35,5o ; = 25o.

- Phương pháp Fanđeép:
Theo phương pháp này cho phép ta sơ bộ xác định được khu vực chứa tâm trượt .Lúc
này tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd (hình vẽ) . Để xác định
khu vực này thì từ trung điểm mái đập hạ lưu ,ta kẻ một đường thẳng đứng và một đường
hợp với mái dốc một góc 85o. Cũng lấy điểm đó làm tâm vẽ các cung tròn có bán kính R và

r, các bán kính này phụ thuộc vào chiều cao đập và độ dốc mái trung bình. Tra Bảng 4.5 GT
Thuỷ Công I
Ta có: m = 3,5 =>

r/H = 1,25 ;
R/H = 3,025 ;

Với Hđ = 41 m  r = 51,25 m, R = 125,03 m
Kết hợp hai 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
điểm P1 ở chân đập, tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K1, K2 ,K3... cho các cung tương
ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi ta xác định được trị số Kmin ứng với các tâm
O. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đường thẳng NN vuông góc với đường MM1 ,trên
đường NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung cũng đi qua điểm P1 ở chân đập, tính hệ
số K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác định được trị số
Kmin min ứng với điểm P1 ở chân đập.
Trong đồ án này do thời gian có hạn ta chỉ tính cho trường hợp Kmin min cho một điểm ở chân
đập
2. Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ
Có nhiều phương pháp tính hệ số an toàn K cho một cung trượt, điều khác nhau chủ yếu
giữa các công thức đó là cách xác định lực thấm.
Ta xét theo công thức của Ghecxevanốp: Với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp
lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào
tâm.
Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b như hình vẽ. Ta có công thức tính toán sau:

Trang 22


Đồ án môn học : Công Trình Thủy


 (N

n

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

 Wn )tgn   Cn .ln

K=

T

n

Trong đó:
R : Là bán kính cung trượt (m)

 n , C n : Là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
Nếu điểm đang xét nằm trên đường bão hòa thì Cn=Ctự nhiênđất = 3,0 (T/m2), và φn = 23o.
Nếu điểm đang xét nằm dưới đường bão hòa nhưng trên mặt nền thì Cn=Cbhđất = 2,4
(T/m2) và φn = 20o.
Nếu điểm đang xét nằm trong đá của lăng trụ thoát nước thì Cn=Ctựnhiênđá=0(T/m2) và
φn= 32o.
Nếu điểm đang xét nằm dưới mặt nền thì Cn= Cbhnền = 0,7(T/m2) và φn= 22o.
ln: Là bề rộng đáy dải thứ n
Wn: Áp lực thấm ở đáy dải thứ n.
Wn =  n .h n .l n
hn: Chiều cao cột nước, từ đường bão hoà đến đáy dải.
Nn, Tn: Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn:

Nn = Gncos  n
Tn = Gn.sin  n
Gn = b

(  i .Z i ) n

Trong đó:
-

Zi: Là chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng là  i

- Với đất trên đường bão hòa lấy theo dung trọng tự nhiên
-

 i tn   k 1   

- Với đất dưới đường bão hòa lấy theo dung trọng bão hoà nước:

 ibh   k  n. n

(n: hệ số rỗng của đất)

Các thông số tính toán:
+ Trọng lượng bão hoà của đất đắp đập
Trang 23


Đồ án môn học : Công Trình Thủy
γ


tn

đập

=

γ

đập
k (1

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

+ w) = 1,62.(1+0,2) = 1,944(T/m3)

+ Trọng lượng riêng bão hoà của đất đắp đập
γ đập = γ đập +n. γ = 1,62 + 0,35.1 = 1,97(T/m3)
bh

k

n

+ Trọng lượng riêng bão hoà của đất nền
γ nền = γ nền +n. γ = 1,59 + 0,39.1 = 1,98(T/m3)
bh

k

n


+ Trọng lượng riêng tự nhiên của của đá ( Thiết bị thoát nước)
γ đá = γ đá = 2,4(T/m3)
tn

k

+Trọng lượng riêng bão hoà của đá
γ đá = γ đá +n. γ = 2,4+0,35.1 = 2,75(T/m3)
bh

k

n

Kết quả tính toán được tiến hành lập bảng để xác định công thức (*) ở trên:
Lập bảng tính Excel với 18 cột, tính toán trượt như sau:
Cột 1: Ghi thứ tự của các dải, được xác định dựa vào sơ đồ tính ổn định trượt mái đập
đất theo phương pháp Ghecxevanop.
Cột 2: Chiều sâu đất đắp đập từ đỉnh đập tới đường bão hòa ở trọng tâm dải thứ n (h0)
Cột 3: Chiều sâu đất đắp đập từ đường bão hòa đến đáy đập (h1).
Cột 4: Chiều sâu của đất nền từ đáy đập đến đáy cung trượt (h2).
Cột 5: Chiều sâu của đá từ đỉnh vật thoát nước tới đường bão hòa (h3).
Cột 6: Chiều sâu của đá từ đường bão hòa đến đáy đập (h4).
Cột 7: Chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến điểm đang xét tại mặt trượt (hn)
hn= h1 + h2 + h4
Cột 8: Trọng lượng của khối đất dải thứ n.
Gn=b

  i hi


R
=m

 h
i

i

Cột 9: Giá trị sin α
Cột 10: Giá trị cos α
Cột 11: Thành phần tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn: Tn = Gnsin 
Cột 12: Thành phần pháp tuyến của trọng lượng dải Gn: Nn = Gn cos 
Cột 13: áp lực thấm ở đáy dải thứ n: Wn=γn.hn.ln
Cột 14: Giá trị tan φn.
Trang 24


Đồ án môn học : Công Trình Thủy

GVHD: ThS Lê Văn Hợi

Cột 15: Giá trị (Nn-Wn).tan φn
Cột 16: Lực dính đơn vị Cn
- Nếu điểm đang xét nằm trên đường bão hoà thì:
Cn= Ctụ nhiênđất =3,0 T/m2.
- Nếu điểm đang xét nằm dưới đường bão hoà nhưng trên mặt nền thì:
Cn= Cbhđất =2,4 T/m2.
- Nếu điểm đang xét nằm trong đá của lăng trụ thì:
Cn = Ctự nhiênđá =0 T/m3.

-

Nếu điểm đang xét nằm dưới mặt nền thì:
Cn = Cbhnền =0,7 T/m2.
Cột 17: Giá trị Cn.ln.
Cột 18:Giá trị αi

Từ kết quả bảng tính ở dưới ,ứng với cũng trượt có tâm lần lượt O1,O2,O3 được thể hiện
trong hình vẽ sau
suy ra được K=1.446
3.

Đánh giá hợp lý của mái
Mái đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả mãn điều kiện:
Kmin

 K 

Trong đó: K  phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng, xem TCVN 8216-2009,
 [K] = 1,30
Tuy nhiên để đảm bảo điều kiện kinh tế, cần khống chế :
Kmin



1,15 K  =1,15x1,30 = 1,495

Từ đó ta có: [K]=1,3 < Kmin= 1.446< 1,15.[K]=1,495

Trang 25