Thiết kế đập bêtông trọng lực

Đập bê tông và bê tông cốt thép (LQS44C3)

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

PhầnI : NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN.

Đề số 12 : (8-6-9).

-Thiết kế đập BTTL theo phương pháp tỷ lệ đương thẳng -Thiết kế đập đồng chất có tường nghiêng và chân khay-Thiết kế đập đá có tường nghiêng

Sinh viên: Nguễn Duy TuyênNgày giao:14/01/2005.

Ngày nộp:04/2005.I/ Số liệu ban đầu.

1.1.Tài liệu địa chất:Loại đất:

k1-Hệ số thấm của đất nền.k2-Hệ số thấm của đập.k3-Hệ số thấm của tường.1.2.Tài liệu về thuỷ văn:

Mực nước TLH1(m)

Mực nước HL

2 Xác định kích thước của tường nghiêng và chân khay3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập.4 Xác định các lực tác dụng lên đập.

Kiểm tra ổn định của đập:-Kiểm tra ổn định trượt phẳng.-Kiểm tra ổn định lật.

-Kiểm tra ổn định trượt của mái dốc theo phương pháp trượt cung tròn.

Phần II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN.

2 Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất và điều kiện trượt.Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 29.5m và chiều rộng đáy là B hình chiếu mái thượng lưu là nB ,hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B.

- Có n=1-2γγ1

=>n=-0.1.Vì n=-0,1 nghĩa là mái dốc thượng lưu đập có độ dốc ngược ,gây khó khăn cho việc thi công ,mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên mặt hạ lưu,do đó lấy n=0 Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau:

11αγγ −

(lấy α1=0,5)⇒B=0,78.h=>B=23m.Và thoả mãn ổn định trựơt vì B∈[0,87.h;0,7.h].

3.Mái dốc thân đập :

Mái dốc đập thượng lưu : m0 = 0 Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 0,74.Xác định ứng suất của đập.

- ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

thể xác định theo công thức nén lệch tâm

∑ ±

∑

α1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)

γ1 :Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (=2,2T/m3)

γ :Trọng lượng riêng của nước (=1T/m3)

 −−

-Thay số ta có ΣG=424T ΣM0= 2172T.m

Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập là:

∑ ±

Thay số vào ta có σ= 23221726

σmax=43.07T/m2 σmin=-6.2T/m2

Các giá trị trên đều nhỏ hơn cường độ tính toán của bê tông về khả năng chịu kéo và nén.

5.Kiểm tra lại điều kiện ổn định trượt của đập.-Ta có điều kiện ổn định trượt của đập là: Kc.W1 =f.∑G

Trong đó

f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.6) Kc:Hệ số an toàn ổn định của đập (=1)

=>W1=392 TTa có:

ΣG= W2+G- Wt Trong đó:

G:Trọng lượng bản thân công trình G=1/2.(b+B).H.γđ=1/2*(5+23)*29.5*2.3=950T.

W2:áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0) Wt :áp lực đẩy nổi dưới đáy đập

12

W =

α1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)=>Wt=1/2*23*29.5*1*0,5=170 T

Vậy ΣG= W2+G- Wt=950-170=780 T.

⇒Ta có :

W1=392T<f.ΣG=0,7.780=564T Đập là ổn định với kích thước trên

II.Xác định lưu lượng thấm qua đáy đập theo phương pháp hệ số sức kháng.

Đây là phương pháp gần đúng để xác định lưu lượng thấm qua đáy

đập.Trong thực tế xây dựng các đoạn thẳng đường viền có thể chia làm 3 bộ phận:

-Bộ phận cửa vào có cừ thượng lưu.-Bộ phận giữa thường có cừ.

-Bộ phận cửa ra có cừ hạ lưu.

Khi đó lưu lượng thấm qua đập được xác định theo công thức sau:

(1-1).Trong đó:

H-Độ chênh cột nước trên các đoạn đường viền.(H=28m).k-Hệ số thấm (k=10-7m/s).

rcnnv

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

ξv=ξr=0,44+ξb +ξc (1-3)

ξn’ + ξn’’ =ξn=l−0,5.(TS2−S1)

(1-4).Với:

Vậy qua tính toán ta có lưu lượng thấm qua nền công trình là q=8.17.10-7m3/s.

III.Xác định tải trọng tác dụng lên đập.

Tải trọng tác dụng lên đập gồm có : Tải trọng bản thân , tải trọng sóng, áp lực nước áp lực đẩy nổi.

3.1.Xác định tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng tường đứng.

Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình là:

P = d γ+ (1-5).Mô men lớn nhất tác dụng lên công trình là:

M = mλ++ (1-6).Trong đó:

H=28 m-Chiều cao cột nước thượng lưu.

γ=1T/m3-trọng lượng riêng của nứơc.

Thay số vào các công thức 1-5 ;1-6 ta có Pmax=28.76T; Mmax=705.9Tm.

3.2.Xác định tải trọng bản thân, áp lực nước, áp lực đẩy nổi.

Các tải trọng này được tính toán ở phần trên Vậy ta có sơ đồ lực như sau:

TÇng Kh«ng thÊm nuícFnc

IV.Tính toán ổn định công trình.

4.1.Xác định ổn định trượt của công trình.

Do việc xác định bề rộng đập thoả mãn điều kiện trượt phẳng Tuy nhiên công trình có thêm cừ càng làm tăng ổn định Vậy ta không cần kiểm tra điều kiện này.

4.2.Tính toán ổn định lật của công trình quanh điểm A.Từ sơ đồ lực như trên ta có:

Tổng mô men giữ là:

Mg=442.5*21+763.75*12=18447Tm.Tổng mô men lật là:

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

Ml=392*9.333+548.4*14.75+705.9=13915.4Tm.Hệ số ổn định lật là:

Vậy công trình đảm bảo ổn định lật.

NHIÊNG VÀ CHÂN KHAY.

I Xác định các kích thước cơ bản của đập :

1.Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

CTĐĐ = CTMN_lũ + d’Trong đó :

d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.

II)Xác định kích thước của tường nghiêng và chân khay:

1) Kích thước tường nghiêng:Chọn bề dày t1 = 1 m

t2 = 0,1.H = 0,1.28 = 2.8 m ,chọn t2 = 3 m 2) Kích thước chân khay:

Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 2 m

Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm nước : T = 9,5 m :

Mặt cắt ngang đập như hình vẽ:

III) Tính toán lưu lượng thấm qua đập và nền :

Trường hợp đập có tường nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng chảy ta thiết lập công thức tính lưu lượng như sau : Theo giáo trình Thuỷ Công Given

qk0 h1(−h3) Tt

q k T⋅(+h3)2−T2

2⋅(δ−m h3⋅ )Trong đó :

m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3)h1 – mực nước thượng lưu ( h1 = 28m )

q – lưu lượng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)K – hệ số thấm của đập ( K = 0,4m/24h)

k0 : hệ số thấm của tường (k0 = 0,004 m/24h)δ : chiều dày trung bình của tường δ = 2 m m1 – mái dốc hạ lưu đập ( m1 = 2,5 )

T : chiều dày tầng không thấm T = 9,5 mGiải 2 phương trình trên ta tìm được : q , h3

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

qk0 h1(−h3) Tt

2 1.5⋅⋅sin( )α+

q k T⋅(+ h3)2 −T2

2 1.5 m h3⋅(−⋅)

Find h3 q(,) 0.2961.874

 

Giải hệ : q = 0.386 m/ngđ = 4.468.10-6 m/s h3 = 2,674 m

-)Đường bão hoà

o .(0,5)0,3.86.(2,50,5)1.1585

Đường bão hoà như hình vẽ :

IV)Xác định các lực tác dụng lên đập:Tính cho một mét dài đập

1)Áp lực thuỷ tĩnh :

Tính cho một mét dài tường

m = 3 m = 2,5W1

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :W2 = Vn.γn = 28*9.3*28*1/2 = 3645.6 Táp lực đẩy nổi :

W3 = 0,5.28.(30.3 + 5 + 30.2,5)/2 = 1365 TTrọng lượng bản thân đập :

G1 = 30.3.30.1,45/2 = 1957.5 TG2 = 30.5.1,45 = 217.5 T

G3 = 30.2,5.30.1,45/2 = 1631.25 TTổng trọng lượng : G = 3806.25 T2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :

Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:

d =γ (2-4).Trong đó:

γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3).h=2,5m-Chiều cao sóng.

P -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,5m⇒P2=1,9.knb-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 5,6

λ ta có knb=0,85.

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

kno-Hệ số xác định theo công thức:

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=4,75T/m2.Xác định tung độ z2:

Trong đó:

442 ==

Thay Lα vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1=0,312m; l2=0,662m ; l3=0,812m; l4=1,685m.

V)Kiểm tra ổn định của đập :1)Kiểm tra ổn định trượt phẳng:

Tổng lực giữ :

Pgiữ = (G + W2 – W3 + 2.Pd.cosα).0,7 = (3806.25 + 3645.6 – 1365 + 2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4267.2 T

Tổng lực gây trượt :

Ptr = W1 + 2.Pd.sinα = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 THệ số ổn định trượt : Ktr = 10.6 [ ] 1,5

Vậy đập ổn đinh trượt

2)Kiểm tra ổn định lật :

Tổng mô men giữ :

Mgiữ = G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4 = 278486 Tm

Tổng mô men lật :

Mlật = W1.e5 + W3.e6 = 65315 Tm

-)Hệ số ổn định lật Kl = 4.26 [ ] 1,565315

Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật

Chương III : THIẾT KẾ ĐẬP ĐÁ CÓ TƯỜNG NGHIÊNG

I Xác định các kích thước cơ bản của đập :

1.Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

CTĐĐ = CTMN_lũ + d’Trong đó :

d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền Sơ bộ chọn mái dốc đập như sau :

Khi H = 30 m:

- Mái thượng lưu m = 2.5-Mái hạ lưu m1 = 1.5

Ta tính toán cho trường hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ.

Chọn bề dày t1 = 1 mChọn bề dày t2 = 3 m

Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lưu lượng thấm qua tương nghiêng Do môi trường đá đổ có khe rỗng đá lớn cho nên sự chuyển động của nước không tuân theo định luật Đacxy dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính gần đúng theo công thức của Pa vơ lốp ki sơ đồ tính như hình vẽ trên.Ta có phương trình lưu lượng thấm như sau :

Hk

q-lưu lượng thấm đơn vị k-hệ số thấm của đá

a-bề dày trung bình của tường nghiêng (a=

)Xác định các lực tác dụng lên đập:

Tính cho một mét dài đập 1)Áp lực thuỷ tĩnh :

Tính cho một mét dài tường

m = 3m = 2,5W1

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :W2 = Vn.γn = 28*9.3*28*1/2 = 3645.6 Táp lực đẩy nổi :

W3 = 0,5.28.(30.3 + 5 + 30.2,5)/2 = 1365 TTrọng lượng bản thân đập :

G1 = 30.3.30.1,45/2 = 1957.5 TG2 = 30.5.1,45 = 217.5 T

G3 = 30.2,5.30.1,45/2 = 1631.25 TTổng trọng lượng : G = 3806.25 T2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :

Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:

Bài Tâp Lớn Công Trình Thuỷ Lợi

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:

d =γ (2-4).Trong đó:

γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3).h=2,5m-Chiều cao sóng.

P -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,5m⇒P2=1,9.knb-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 5,6

λ ta có knb=0,85.kno-Hệ số xác định theo công thức:

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=4,75T/m2.Xác định tung độ z2:

Trong đó:

442 ==

Thay Lα vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1=0,312m; l2=0,662m ; l3=0,812m; l4=1,685m.

IV)Kiểm tra ổn định của đập

Việc kiểm tra ổn định của đập tương tự như đập đất đồng chất do đó ở đây ta không tính lại nữa.(do đậpcó trọng lượng lớn hơn đập đât và có áp lực đẩy nổi nhỏ hơn do co hệ số rỗng lớnnên ta coi là an toàn và không cân kiểm tra)