www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 244 5. Ngoi yêu cầu về địa chất tốt để giữ ổn định v chịu lực khá lớn ở chân vòm, về địa hình cũng có ảnh hởng rõ rệt đến khả năng xây dựng đập. Lòng sông có mặt cắt chữ V (hình 9-2a) l trờng hợp địa hình lý tởng nhất để xây dựng đập vòm. ở dới sâu, vòm chịu áp lực lớn, song nhịp vòm lại nhỏ. Vì vậy tình hình chịu lực của các lớp vòm l tơng đối đồng đều. Trong trờng hợp ny có thể xây dựng đợc đập vòm cao m chiều dy vòm không lớn. Hình 9-2: Một số dạng lòng sông có thể xây dựng đập vòm. Tiếp theo đến loại mặt cắt lòng sông dạng hình thang, hình chữ U (hình 9-2b). Tuy nhiên trong một số trờng hợp địa hình phức tạp ngời ta vẫn xử lý để xây dựng đợc đập vòm, nh ton bộ phần sát nền xử lý tạo thnh đế có chiều dy lớn, xem nh phần đỡ tỳ của vòm (hình 9-2c), hoặc xử lý phần thu hẹp ở đáy sông nh đập bêtông trọng lực, còn phần trên l đập vòm (hình 9-2d), xử lý ở một bên bờ (dùng đập bêtông trọng lực), để giảm khẩu độ vòm v tạo cho vòm lm việc đối xứng (hình 9-2e), hoặc xử lý cả 2 bên bờ (hình 9-2f). Gọi n l hệ số hình dạng, biểu thị tỷ số giữa chiều di L trên đỉnh đập với chiều cao đập H (n = L/H), thờng khi n < 3 ữ 3,5 l điều kiện lm đập vòm kinh tế. Nếu n < 1,5 ữ 2 cho phép lm các đập vòm khá mỏng. Tuy nhiên trong một số điều kiện xây dựng cụ thể, ngy nay tỷ số ny có nơi đã cho phép lựa chọn lớn hơn nhiều. Ví dụ đập Pevơđikadơ có n = 7,5, đập Mulenribu n = 10. Theo ti liệu thống kê của 69 đập vòm cao trên thế giới, cho thấy chiều dy đập chịu ảnh hởng của hệ số hình dạng n. Gọi 0 e H = (e 0 l chiều dy đáy đập, H l chiều cao đập) thì = f(n) có thể tham khảo biểu đồ hình (9-3). www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 245 Hình 9-3: Quan hệ - n I- Giới hạn trên, II - Giá trị trung bình, III- Giới hạn dới II. Phân loại đập vòm 1. Theo chiều dày đập - Đập vòm mỏng: khi 0 e H = < 0,2. - Đập có độ dy trung bình hay gọi l đập vòm - trọng lực = 0,2 ữ 0,35. - Đập vòm dy hay đập trọng lực - vòm: = 0,35 ữ 0,65. 2. Theo chiều cao đập - Đập vòm thấp: khi H < 25m. - Đập vòm cao trung bình: khi 25m H 75m. - Đập vòm cao: khi 75m. 3. Theo chế độ làm việc - Đập vòm dâng chắn nớc. - Đập vòm cho nớc trn trên đỉnh. Đập Lazanuan (hình 9-4) l một đập vòm có ba khoang trn nớc ở trên đỉnh v hai lỗ xả đáy. Đập cao 67m đợc xây dựng ở Liên Xô. Thông thờng lu lợng đơn vị trn qua đập q = 5 ữ 20m 3 /s/m. Khi lu lợng đơn vị lớn hơn v đập cao, áp lực mạch động lớn gây chấn động thân đập, đồng thời tiêu năng ở hạ lu cũng phức tạp. Trờng hợp ny cần kết hợp với thí nghiệm mô hình để lựa chọn cấu tạo đập hợp lý. Ngoi ra ngời ta còn có thể bố trí đờng ống dẫn nớc ngay trong thân đập vòm để đa nớc vo tuốc bin của nh máy thuỷ điện. Đập Tsircâyxcaia (hình 9-5) cao 236m ở Liên Xô l một ví dụ. www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 246 Hình 9-4: Đập vòm tràn nớc Lazanuan (Liên Xô) a) Chính diện thợng lu; b) Cắt ngang đáy đập. 1- ống xả đáy; 2- Mặt nền tự nhiên; 3- Khe lún và nhiệt độ; 4- Lới chắn rác; 5- Tờng tiêu năng (cao 14m). Hình 9-5: Đập Tsircâyxcaia (Liên Xô) cao 236m 1- Nhà máy thuỷ điện; 2- Đờng hầm xả lũ thi công; 3- Đờng hầm xả lũ khai thác. 4. Theo vật liệu xây dựng - Đập vòm đá xây; - Đập vòm bêtông; - Đập vòm bêtông cốt thép. Đập vòm bằng đá thờng l đập rất thấp, phần lớn các đập vòm đều bằng bêtông v bêtông cốt thép. 5. Theo hình dạng mặt cắt đứng www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 247 Bao gồm nhiều loại hình khác nhau (hình 9-6): đập có mặt thợng lu thẳng đứng, đập uốn cong một chiều, cong hai chiều. Loại nói sau có tình hình phân bố lực theo hớng nằm ngang v thẳng đứng (bi toán không gian) tơng đối hợp lý, vì vậy có thể giảm đợc chiều dy của đập. Hình 9-6: Các dạng mặt cắt đập vòm a) Mặt cắt nằm ngang; b) Mặt cắt thẳng đứng 1. Đập Tin (H = 180m; e 0 = 44,5m; L/H = 1,63); 2. Đập Mori (H = 65m; e 0 = 18m; L/H = 2,86); 3. Đập Ansanhe (H = 75m; e 0 = 11m; L/H = 3,07); 4. Đập Val Galina (H = 92m; e 0 = 11,2m; L/H = 2,48); 5. Đập Ozileta (H = 77m; e 0 = 10,8m; L/H = 2,91); 6. Đập Abu Senâyna (H = 335m, mới thiết kế); 6. Theo mặt bằng Bao gồm các loại: đập có bán kính không đổi, có góc trung tâm không đổi, có góc trung tâm v bán kính thay đổi. - Đập vòm có bán kính không đổi (hình 9-7): đơn giản, dễ thi công nhất. Các bán kính ngoi bằng nhau, nên mặt thợng lu đập l mặt trụ tròn thẳng đứng. Do mặt cắt sông có dạng chữ U, nên bán kính trong v góc ở tâm không khác nhau mấy, bằng khoảng 125 ữ 140 0 . Khi lòng sông cng xuống sâu cng thu hẹp nh mặt cắt hình thang nếu giữ tâm vòm không đổi thì góc trung tâm sẽ khá nhỏ, không kinh tế. Để bổ khuyết có thể dùng loại có tâm v bán kính ngoi không thay đổi, còn tâm v bán kính trong thay đổi từ trên xuống dới (hình 9-8). - Đập vòm có góc trung tâm không đổi (hình 9-9): Trong trờng hợp lòng sông có dạng chữ V, việc Hình 9-7: Đập vòm có bán kính không đổi www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 248 giữ góc trung tâm không thay đổi (hoặc thay đổi rất ít) sẽ kinh tế. Trờng hợp ny tâm v bán kính vòm sẽ thay đổi theo cao trình đập. Một đập vòm có góc trung tâm không đổi có kết hợp với các đoạn đập trọng lực v đập đất đợc thể hiện trên hình 9-10. - Đập vòm có góc trung tâm v bán kính thay đổi. Loại ny thích ứng với mọi loại mặt cắt lòng sông thiên nhiên, dễ đạt mặt cắt kinh tế. ứng suất của đập dễ khống chế trong phạm vi cho phép. Hình 9-8: Đập vòm có tâm và bán kính trong thay đổi. Hình 9-9: Đập vòm có góc ở tâm không thay đổi www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 249 Hình 9-10: Đập vòm góc trung tâm không đổi có kết hợp phần đập trọng lực và đập đất. III. Vài nét về tình hình phát triển đập vòm Đập vòm đầu tiên trên thế giới đợc lm bằng đá xây. Đó l đập Ponte Alto ở ý xây dựng năm 1611. Bán kính cong của đập l 15m, đập cao 5m. Một vi đập khác xây dựng ở Tây Ban Nha nh đập Almansa, đập Elkhel. Đập Zolia cao 38m, xây dựng năm 1843 ở Pháp. Đập Ber Velli cao 15m, xây năm 1884. Các đập trên cũng đều bằng đá xây. ở thế kỷ 20, đập vòm đợc phát triển v xây dựng nhiều ở châu Âu v châu Mỹ, do vật liệu xi măng đợc sản xuất nhiều, đồng thời kỹ thuật tính toán thiết kế, thí nghiệm mô hình đã đạt tới những trình độ cao. Ngy nay nhiều đập vòm đã đợc thiết kế, xây dựng có chiều cao tới 100 ữ 300m. Đập Vaiont đã xây dựng ở ý có chiều cao lớn nhất. Đập cao 266m (hình 9-11). Chiều dy ở đỉnh e đ = 3,9m, chiều dy đáy e 0 = 23m, L/H = 0,71. Trên đỉnh đập có bố trí 10 khoang trn nớc, chiều rộng mỗi khoang l 6,6m, cột nớc trn H = 1m với lu lợng tháo l 140m 3 /s. Đập Mavuaden ở Thuỵ Sĩ, xây dựng năm 1958 cao 237m, L/H = 2,26m, e đ = 14m, e 0 = 53,5m (hình 9-12). www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 250 Hình 9-11: Đập vòm Vaiont cao 266m (ý) 1- Đáy đập; 2- Khe chu vi; 3- Khe thi công nằm ngang; 4- Khe đứng; 5- Đờng tràn Hình 9-12: Đập Mavuaden cao 237m (Thuỵ Sĩ) 1- Hành lang; 2, 3- Vùng xử lý phụt xi măng; 4- Màng chống thấm; 5- Thoát nớc nền Đập Tola xây dựng năm 1961 ở Pháp l một đập nổi tiếng về độ mỏng của thân đập so với chiều cao (hình 9-13); chiều cao đập H = 88m, chiều dy trên đỉnh e đ = 1,50m, ở đáy e 0 = 2,0m, ở 1/3 chiều cao đập e = 2,43m. Nơi phải xử lý lm chân đế chiều dy lớn nhất e max = 4,2m. Nh vậy 0 e 0,023 0,048 H = = ữ v L 1, 36 H = . Đập vòm có trị số L/H khá lớn nh đập Peveđi Kadon xây dựng ở ý năm 1950 có L/H = 7,45, chiều dy đỉnh e đ = 6m, chiều dy ở sát nền e 0 = 26,2m, (hình 9-14). www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 251 Hình 9-13: Đập vòm Tola cao 88m (Pháp) 1- Đờng tràn; 2- Mặt cắt nền tự nhiên; 3- Đờng viền đáy đập Hình 9-14: Đập vòm Peveđi Kadon cao 112m (ý) 1- Khe chu vi; 2- Hành lang; 3- Giếng đứng; 4- ống thoát nớc. Đập Mulen Ribu ở Pháp cao 16,2m, có L/H = 10. Năm 1958 Liên Xô (cũ) đã xây dựng đâp vòm Inguri cao 272m. ở Xuđăng đã thiết kế đập vòm Abu Sênâyna cao 335m (hình 9-6). Đập Baunderi ở Mỹ (hình 9-15) l một đập vòm có bố trí tháo lũ qua đỉnh v lỗ đáy khá lớn. Đập cao 117m chiều dy ở đỉnh e đ =2,4m, chiều dy đáy e 0 = 10m. Khối lợng bê tông xây dựng www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 252 84000m 3 , e 0 /H = 0,085. Đập có hai lỗ tháo nớc ở trên mặt ở hai phía vai đập, có kích thớc 15,3 ì 14m tháo lu lợng 3060m 3 /s; 7 lỗ tháo đáy có kích thớc lỗ 5,2 ì 6,4m, tháo đợc lu lợng 7140m 3 /s. Hình 9-15: Đập vòm Baunđeri cao 117m (Mỹ) 1- Đáy sông; 2- Tràn van cung 15,3 ì 14m; 3- Lỗ xả sâu 5 ì 6,4m; 4- Khe thi công; 5- Khe chu vi; 6- Đáy đập Trung Quốc l một trong những nớc xây dựng nhiều đập vòm. Năm 1998 đã xây xong đập Ertan cao 240m, chiều rộng đáy b = 55,74m. Lu lợng lũ tháo qua đập Q max = 23900m 3 /s. ở Việt Nam hiện đang thiết kế đập Nậm Chiến cao 130m. Một số đầu mối thuỷ điện khác (Huội Quảng, Bản Chát ) cũng có nhiều khả năng xây đập vòm. Đ9.2. Phân tích ổn định của đập vòm ổn định của đập vòm chủ yếu dựa vo sự chống đỡ của khối đá chân vòm. Tuy đập l một kết cấu không gian chỉnh thể, nhng sự ổn định của nền cần phải kiểm tra ở những nơi xung yếu. Khi nền có các vùng cục bộ kém ổn định thì sẽ gây ra biến hình phá hoại ton thân đập. Vì vậy trong thiết kế cần kiểm tra bảo đảm ổn định cục bộ v ton khối. I. Tính toán ổn định cục bộ chân vòm 1. Xét khả năng mặt trợt Nói chung khi nền l đá tốt, khả năng ổn định rất cao. Một số trờng hợp có thể dẫn đến mất ổn định l do đoạn tầng, khe nứt Vì vậy để phán đoán vị trí, phơng trợt cần nắm vững về tình hình nứt nẻ, đoạn tầng ở tuyến xây dựng. Xét ví dụ hình 9-16: tuy cùng có khe nứt, song có loại ảnh hởng có loại không ảnh hởng tới ổn định trợt. Để phán đoán khả năng trợt, xét trờng hợp chân vòm có sơ đồ hình 9-17. Nền l đá tơng đối tốt, vùng chân vòm đang xét không có nứt nẻ. Hợp lực ở chân vòm l R. Từ A vẽ AE song song với mép nền hạ lu, AB song song với phơng của R, AC thẳng góc với R. Nh vậy lực đẩy theo phơng AC l không có. Đờng OA nối A đến tâm vòm, AD song song với trục đối xứng của www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 253 đập. Theo lý thuyết thì khả năng mặt trợt trong phạm vi (AC, AE). Nhng thực tế, không thể xảy ra mặt trợt ở vùng giữa AC v AO. Vì vậy phạm vi trợt chỉ xảy ra trong khu thu hẹp giữa AO v AE. Trờng hợp chân vòm có đoạn tầng hay khe nứt bất lợi thì rất có nhiều khả năng phát sinh mặt trợt theo hớng bất lợi đó (hình 9-18). Hình 9-17: Khả năng mặt trợt chân vòm Hình 9-16: Khe nứt và ảnh hởng của nó đến ổn định trợt chân vòm Hình 9-18: 1- Khả năng mặt trợt; 2- Khe nứt 2. Tính toán ổn định trợt chân vòm Để tính toán ổn định trợt chân vòm, cần thực hiện các bớc sau: - Chia đập thnh các lớp vòm để xem xét. ở một lớp vòm nhất định (hình 9-19), gọi H a l lực hớng trục, còn V a l lực cắt, dùng phơng pháp phân tải của dầm vòm để tính toán, chiếu lực hớng trục H a v lực cắt V a lên phơng mặt trợt hợp với H a một góc nh ở hình 9-19a ta có: aA aa S = H cos + V sin N = H sin + V cos (9-1a) Nh ở hình 9-19b cho thấy, góc giữa mặt trợt v phơng thẳng đứng l , tổng hợp của lực N v trọng lợng theo phơng đứng l G theo quy tắc hình bình hnh lực ta có: 1 1 Q = Nsin - G cos ; P = Ncos + G sin - U, (9-1b) Trong đó: [...]... khảo bảng (10 -1 ) Bảng 10 -1 276 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam Chiều cao đập (m) Khoảng cách giữa hai trụ (m) < 30 8 ữ 12 30 ữ 60 10 ữ 15 60 ữ 12 0 12 ữ 20 > 12 0 15 ữ 25 H + 0,2m; thờng trong khoảng 0,25 ữ 1, 0m 200 - ở chân: dc = H + 0,2m ; thờng 0,5 ữ 1, 8m 36 d v - ở đỉnh: dđ = n Chiều dy mố trụ có thể sơ bộ chọn nh sau: Hình 10 -8 : Mố trụ đơn và kép w 6 7 8 12 0 5 11 0 10 0 0,2 mực... cao 57, 8m, khoảng cách giữa các trụ l = 12 ,2m, xây năm 19 41 (hình 10 -5 ); đập Rôdrighets (Mêhicô) xây năm 19 35, có h = 76 ,0m; l = 6,7m; đập Ecap (Achentina) xây năm 19 49, có h = 88m 274 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam A-A 2 ,12 2 ,13 309,08 35.9459 MNDGC 309,08 MNDBT 304,9 300,48 r=0,20 C C 2 ,74 B-B 0, 91 t=2,53 t=2,63 C-C t=2 ,74 A B 16 mm, a=0, 61 B 263,39 254, 41 a=0,305 d v a=0, 61 n 30,45... định cao, tốc độ thi công nhanh Một số đập to đầu có chiều cao khá lớn nh đập Ben Metir (Tuynidi) cao 71 m; đập Mengil (Iran) cao 275 220,0 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 10 5m; đập Hatanaghi - 1 (Nhật cao 12 5m; đập Itaipu (Braxin Paragoay) cao 19 6m (hình 10 0,58 1 11 1 Đặc điểm và hình thức 11 12 3 40,0 10 5 9 6 11 4 5 1 5 8 giải đến kết đập đập lu áp định, n 2 4 00 1 bản I Đặc điểm... lực R1 - U1, R2 U2, các lực cắt trên mặt hoại S1, S2 Khi đạt tới trạng thái cân bằng giới v S2, tổng đại số của hai lực S = S1 + S2 l lực trợt Lực chống trợt trên mặt phá hoại: w v f1(R1 - U1) + f2(R2 - U2) + C1A1 + C2A2 thức ổn định an ton chống trợt có thể KC = Hình 9- 21: Sơ đồ lực tác dụng lên vai vòm f1 ( R1 U1 ) + f2 ( R 2 U 2 ) + C1A1 + C 2 A 2 S F2 của gồm: dụng lực Công viết: ( 9-4 ) w w Công. .. (p 2 - p 2 ), ,(p i - p iv ), (p n - p v )] n v v v v 2 (p 2 ) = 1[ (p1 - p1 ), (p 2 - p 2 ), ,(p i - p i ), (p n - p v )] n v v n (p v ) = 1[ (p1 - p1 ), (p 2 - p 2 ), ,(p i - p iv ), (p n - p v )] n n h v rn r0 ( 0 sin 0 ) (1 cos 0 ) n sin 2 0 1 cos2 0 Ee 0 + 2 2 0 1 + e 2 12 r0 , ( 9-4 0) ol v v n (p v = h n = fn = n d v Công thức để tính biến dạng của dầm... pi - p iv Vì vậy có thể biểu diễn các biến i i www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam r v v fiv = i (p ir , p 2 , p r ) = i [(p1 - p1 ), (p 2 - p 2 ) (p n - p v )] n n Nh đã lý luận ở trên, ta có: v r v r f1v = f1r , f2 = f2 , fiv = fir , fn = fn Nh vậy có một hệ thống n phơng trình để xác định các ẩn số p1v, p2v, pv, pnv ( 9-3 9) n v v v 1 (p1 ) = 1[ (p1 - p1 ), (p 2 - p 2 ), ,(p i -. .. Canađa, xây năm 19 70 , đập cao 215 m, khối lợng bê tông 2,23 triệu m3, gồm có vòm trung tâm với nhịp l = 16 1,5 v 13 vòm khác có nhịp l = 76 ,2m (hình 10 .6) nc I 365,2 = 11 00 m 10 00 900 900 70 0 70 0 900 900 800 900 12 00 0, 6 w v 12 00 11 00 10 00 w 65 0, w = I m a) I-I b) Hình 10 -6 : Đập Đaniele Giônxơn (Manicuagan - 5) a) Chính diện hạ lu; b) Mặt bằng Trong số các đập bản chống đã xây dựng cho đến nay thì loại... sin + ( C1L1 + C1 ' L1 ' ) sec ol K1 = S nc - Theo phơng pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại: f P + f2 ' G 2 sin K2 = 2 S ( 9-2 ) ( 9-3 ) w v Trong công thức ( 9-2 ), f1P v C1L1sec l lực ma sát v lực chống cắt trên mặt trợt, L1 l chiều di mặt trợt, f1G2sin v C1L1sec l lực ma sát v lực dính do trọng lợng khối đá chân vòm gây ra, G2 l trọng lợng khối đá đỡ tựa ở chân vòm Trong công thức 9-3 , f2 v f2 l... 0; X1 21 + X 222 + 2P = 0, (9 -1 3 ) Trong đó: w 11 ; 12 = 21; 22 - các chuyển vị theo hớng ẩn lực, do X1 = 1 v X2 = 1 gây ra trong hệ cơ bản; 1P; 2P - các chuyển vị theo hớng ẩn lực, do ngoại lực gây ra trong hệ cơ bản Trờng hợp hệ ẩn lực trên đặt ở tâm đn hồi, lúc đó 12 = 21, từ đó trị số y0 (khoảng cách từ chân vòm đến tâm đn hồi) đợc xác định nh sau: yds S y 0 y ' = ds = 0 EJ EJ 0 0 S 12 = 21 = ... lên các trụ đỡ, cắt từng băng rộng 1m v tính theo dầm đơn Tải trọng tác dụng lên dầm có áp lực nớc, trọng lợng bản thân, bùn cát, lực quán tính do động đất v.v Phản lực tại gối tựa xem nh phân bố dạng tam giác (hình 10 -1 1 ) nên chiều di tính toán l: 2 l1 = l 0 '+ a 3 (10 -1 ) w v nc ol d v n Trong đó: a - chiều rộng vai trụ; các ký hiệu khác xem hình (10 -1 1 ) Hình 10 -1 1 : Tính toán bản chắn nớc w Tại độ . 11 1 212 1P 12 1 222 2P XX 0; XX 0, + + = + + = (9 -1 3 ) Trong đó: 11 ; 12 = 21 ; 22 - các chuyển vị theo hớng ẩn lực, do X 1 = 1 v X 2 = 1 gây ra trong hệ cơ bản; 1 P ; 2 P - các. 2 51 Hình 9 -1 3 : Đập vòm Tola cao 88m (Pháp) 1- Đờng tràn; 2- Mặt cắt nền tự nhiên; 3- Đờng viền đáy đập Hình 9 -1 4 : Đập vòm Peveđi Kadon cao 11 2m (ý) 1- Khe chu vi; 2- Hành lang; 3- Giếng. thớc 15 ,3 ì 14 m tháo lu lợng 3060m 3 /s; 7 lỗ tháo đáy có kích thớc lỗ 5,2 ì 6,4m, tháo đợc lu lợng 71 4 0m 3 /s. Hình 9 -1 5 : Đập vòm Baunđeri cao 11 7m (Mỹ) 1- Đáy sông; 2- Tràn van cung 15 ,3