Đang tải... (xem toàn văn)
Thi công công trình thuỷ lợi là môn khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật, tổ chức và quản lý để tiến hành thi công các công trình thuỷ lợi một cách nhanh, tốt, rẻ, an toàn
Chương 4. Đập bê tông trọng lực Chương 4 ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 4.1. Khái niệm chung Đập trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó. Trọng lượng của đập giữ cho đập không bị đẩy nổi, trượt và lật. Đập trọng lực có khối lượng lớn nên không lợi dụng hết được khả năng làm việc của vật liệu.Vì vậy vật liệu xây dựng đập không có yêu cầu cao như bêtông, không cần mác cao, một phần đập có thể dùng bằng đá . Để đảm bảo tính ổn định cao người ta xây dựng đập bằng bêtông nên có thể gọi là đập bêtông trọng lực. 4.1.1. Phân loại 1) Đập trọng lực không tràn: ít xây dựng vì tốn kém 2) Đập trọng lực tràn nước: loại này xây dựng nhiều. Hiện nay người ta xây dựng đập bêtông trọng lực tràn nước trên nền đất với cột nước H ≥ 30m .Việc xây dựng đập trên nền đá thuận lợi hơn. 4.1.2. Ưu, khuyết điểm 4.1.2.1. Ưu điểm + Có thể xây dựng được đập cao (Đập Gởrăngđixây cao 284m); + Có thể bố trí cho tràn trên mặt hoặc tháo nước trong thân đập, bố trí ống đẫn nước vào nhà máy thuỷ điện trong thân đập; + Có thể làm rỗng thân đập, trong đó bố trí nhà máy thuỷ điện; + Tính bền vững cao. 4.1.2.2. Nhược điểm + Việc xây dựng đập tốn rất nhiều vật liệu; + Yêu cầu về nền và móng cao hơn nhiều so với các loại đập khác. 4.2. Thiết kế mặt cắt ngang của đập bêtông trọng lực 4.2.1. Phân tích mặt cắt kinh tế của đập Mặt cắt ngang kinh tế của đập là mặt cắt ngang có chiều rộng nhỏ nhất và thoả mãm ba điều kiện: + Điều kiện ổn định: đảm bảo hệ số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất phải lớn hơn trị số cho phép; + Điều kiện ứng suất: khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu hoặc có xuất hiện phải nhỏ hơn trị số cho phép; + Điều kiện về kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng công trình là nhỏ nhất. 4.2.2. Xác định bề dày đế đập theo điều kiện ứng suất Xét một đoạn đập có chiều dài bằng 1m, mặt cắt ngang tam giác ABC: chiều rộng là b chiều cao là h. Hình chiếu của mái dốc thượng lưu là n.b. Hình chiếu mái dốc hạ lưu là (1-n).b. 4-1 Chng 4. p bờ tụng trng lc Cỏc lc tỏc dng lờn p gm: - Trng lc bn thõn G; - p lc nc thng lu nm ngang , thng ng W1, W2; - p lc thm di ỏy cụng trỡnh dng tam gớac Wt cú chiu cao 1.h vi 1 <1 l h s ỏp lc thm. ứng suất pháp theo phơng thẳng đứng Hỡnh 4- 1: s ỏp lc nc tỏc dng lờn p - p lc nc h lu bng khụng Nhim v tỡm b nh nht khi cho trc chiu cao h - ng sut trờn mt ct ngang p tớnh theo cụng thc nộn lch tõm: 20*6bMbV= (4.1) Trong ú : V: Tng cỏc lc thng ng vuụng gúc vi nn . M0: Mụmen ca tt c cỏc lc i vi trng tõm O ca tit din (O l im gia ca BC) G = G + W2 -Wt Do ú ta cú : 2**2**2*11hbhbnhbG+= += ) (2.11nhbG (4.2) Trong ú : ; 1: trng lng riờng ca nc v ca vt liu xõy dng. 1: h s ỏp lc thm do tỏc dng cn tr ca mng chng thm 4-2 Chương 4. Đập bê tông trọng lực ∑M0 =).2 2 3 2(12.1121222nnnhbhhbγγγγαγ+−+−+ (4.3) Thay kết quả tìm được vào công thức (4.1) ta được σ1 là ứng suất pháp ở mép thượng lưu khi hồ đầy nước tại mặt cắt đáy đập: ()( )⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−−+−=221111 212bhnnnhγγαγλσ (4.4) Ứng suất pháp tại mép hạ lưu: ()23112 .bhnhnbγγγγσ++−= (4.5) Khi thượng lưu không có nước (tức là khi mới thi công) ứng suất pháp tại mép thượng lưu và hạ lưu: )1.(.110nh −=γσ (4.6) hn 120γσ= (4.7) Khi hồ đầy nước với điều kiện ứng suất pháp tại mép thượng lưu σ1 = 0: ()( )⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−−+−=2211 2120bhnnnhnbγγαγλ →1)2()1(αγγ−−+−=nnnhbb (4.8) Đập có bmin tức là có mẫu số max. Đạo hàm biểu thức (4-6) cho bằng O khi đó ta có: 0))2.()1([11=−−+−∂∂αγγnnnn 221γγ−=n (4.9) Chú ý: Nếu đập làm bằng bêtông có γb = 2.4 T/m3, γ = 1 T/m3 khi đó n = -0.2 mái thượng lưu dốc ngược. Xét về mặt thực tế thì mặt cắt như thế không ổn định khi hạ lưu không có nước. Do vậy người ta chọn mặt cắt đập bêtông là tam giác cong có mái dốc thượng lưu thẳng đứng (n=0). 4-3 Chương 4. Đập bê tông trọng lực Hình 4- 2: Mái thượng lưu dốc ngược Trong trường hợp này chiều rộng đáy đập tính theo công thức: 1αγγ−=bhb (4.10) Với mặt cắt cơ bản là tam giác vuông, mái thượng lưu thẳng đứng thì ứng suất mép thượng, hạ lưu là : + Khi hồ đầy nước : σ1 = 0 ; σ2 = (γ1-α1γ).h (4.11) + Khi hồ không có nước: σ01 = γ1.h ; σ02 = 0 Từ công thức (4.10) với 4.2=γγbthì: α 1= 0 → b = 0.65.h α1 = 0.5 → b = 0.72.h Khi α 1= 0 trường hợp không áp lực thấm dưới nền thì chiều rộng đáy đập b nhỏ hơn khi có áp lực thấm dưới nền và khối lượng vật liệu giảm 10÷25%.Vì vậy cần có biện pháp phòng chống thấm dưới đáy công trình để giảm áp lực thấm. 4.2.3. Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt Điều kiện tối thiểu để đảm bảo điều kiện ổn định của đập : ∑= GfWKc**1 (4.12) Trong đó: f: hệ số ma sát giữa đập và nền; Kc: hệ số an toàn ổn định của đập; ΣG: tổng các lực tác dụng lên mặt cắt; Từ công thức (4.12) ta có thể viết : ) (2 2 12γαγγγ−+= nhbfhkbc (4.13) 4-4 Chương 4. Đập bê tông trọng lực ).(.11αγγ−+=nfhkbc Nếu n = 0, f = 0.7, 4.2=γγb, α1 = 0.5 kc = 1 thì b = 0.75h Trường hợp α1 = 0 thì b = 0.6.h Nhận xét : + Từ kết quả tính toán b trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đáy đập do điều kiện cường độ quyết định. Khi áp lực thấm lớn thì b do điều kiện ổn định khống chế. + Với nền đá có hệ số ma sát nhỏ, để thoả mãn điều kiện ổn định thì chiều rộng đáy đập phải tăng nhiều đồng thời mái dốc thượng lưu phải nghiêng (n>0). Vì vậy để tăng điều kiện ổn định người ta đào móng nghêng vè phía thượng lưu. Hình 4- 3 Lúc đó : ∑∑∑∑−+=ββββsin.cos.¦sin.cos.GsWWGkc.f (4.14) 4.2.4. Mặt cắt thực tế của đập Trong thực tế công trình thuỷ lợi còn kết hợp với giao thông nên đỉnh đập không thể nhọn như trên được mà phải mở rộng ra hoặc vì tiết kiệm vật liệu mà khoét rỗng. Đối với đập tràn do yêu cầu tháo nước đỉnh đập được hạ thấp xuống nên trọng lượng bản thân giảm. Mái đập hạ lưu thường có dạng cong ở chân đập để đảm bảo nơi tiếp xúc với công trình tiêu năng thường uốn cong theo một cung tròn có bán kính R. Hình 4- 4: Mặt cắt thực tế của đập Bêtông trọng lực 4-5 Chương 4. Đập bê tông trọng lực 4.3. Phân tích ứng suất đập bê tông trọng lực Việc tính toán ứng suất thân đập được tiến hành trong các trường hợp sau: 4.3.1. Trường hợp khai thác Trường hợp này đập làm việc dưới điều kiện tác đụng của hai tổ hợp lực sau: + Tổ hợp lực cơ bản;. + Tổ hợp lực đặc biệt. 4.3.2. Trường hợp thi công Đập vừa thi công xong chưa có nước tiến hành khai thác ngay trong thời gian thi công, cột nước trước đập chỉ dâng lên đến một độ cao nào đó, trường hợp này cũng tiến hành xem xét. 4.3.3. Trường hợp sửa chữa Tính toán ứng suất trong thân đập được tiến hành theo bài toán phẳng, nghĩa là khảo sát một đoạn đập có chiều dài đơn vị bỏ qua ảnh hưởng của các lực tác dụng theo phương song song trục đập. Hiện nay việc phân tích ứng suất có hai phương pháp: phương pháp lý thuyết và phương pháp thí nghiệm mô hình. 4.4. Tính ổn định chống trượt của đập dọc theo nền 4.4.1. Khái niệm Khi đập chịu tác dụng của các lực tại các điểm trong thân đập sẽ phát sinh ứng suất tiếp τ. Nếu τ >[τ] thì sẽ phá hoại trượt. Sự phá hoại do cắt có thể xảy ra ở tất cả các mặt cắt nhất là mặt cắt giữa đập và nền. Căn cứ vào các thí nghiệm về cường độ chống cắt tại tất cả các điểm là hàm số của ứng suất σ tại điểm đó và được biểu thị bằng : τ = f.σ + C (4.14) Trong đó : f, C là hệ số ma sát và lực dính đơn vị của vật liệu. Tại mặt cắt giữa đập và nền thì: τ: ứng suất cắt dọc theo nền; σ: ứng suất pháp tại mặt cắt qua nền; C: lực dính đơn vị giữa bêtông và nền; F: hệ số phụ thuộc vào tính chất vật liệu và dạng tiếp giáp giữa đập và nền. 4.4.2. Kiểm tra ổn định trượt Kiểm tra ổn định chống trượt khi có lực dính giữa đập và nền cho một nhịp đập. Trường hợp này thường xảy ra trên nền đá cường độ chống trượt của mặt cắt tại nền được tính bằng công thức sau: 4-6 Chng 4. p bờ tụng trng lc (4.15) ()()F.CWƯP.fB.b.cdb.f.BQdb.C.fBdb.BQtb00b0b00+=+=+==Trong ú : P: lc thng ng Wt: lc ng ỏy trờn mt nhp p F = b.B (B: chiu di mt nhp p ) Lc gõy trt l tng lc ngang Q (ỏp lc thu tnh ,bựn cỏt ) H s an ton chng trt : chân khaysơ đồ mặt cắt đập tính toán Hỡnh 4- 5: S mt ct p tớnh toỏn []2/402065.075.0.)Ư.(mTCfQFCWPfktt==+= (4.16) H s kt c quy nh nh sau : T hp lc c bn 1.3 1.2 1.15 T hp lc c bit 1.1 1.1 1.05 Cp cụng trỡnh I II III Khi khụng cú lc dớnh C = 0 thỡ QWPfktt)Ư.( = Lỳc ú lc ma sỏt gia betụng v t ly f= tg ( gúc ni ma sỏt t ) Cui si f = 0.5ữ0.6 Cỏt f = 0.4ữ0.5 ỏ cỏt f = 0.3ữ0.4 4-7 Chương 4. Đập bê tông trọng lực á sét f = 0.25÷0.35 sét f = 0.2÷0.3 Đá yếu f = 0.3÷0.5 Nếu đáy đập nghiêng thì hệ số kt lấy nghư sau : []ααααsin.cos.sin.cos).¦.(PQQWPfktt−+−= (4.17) Nếu đáy đập có chân khay ở thượng lưu hoặc chôn sâu dưới nền thì sức chông trượt tăng thêm lực C3 : []QCFCWPfktt3.)¦.( ++−= (4.18) 4.4.3. Kiểm tra ổn định trượt đẩy nổi Dưới tác dụng của lực thấm có thể bị đẩy nổi : kđn = P/Wt = 1.15 ÷1.25 4-8 . thượng lưu. Hình 4- 3 Lúc đó : ∑∑∑∑−+=ββββsin.cos.¦sin.cos.GsWWGkc.f (4. 14) 4. 2 .4. Mặt cắt thực tế của đập Trong thực tế công trình thuỷ lợi còn kết hợp. xúc với công trình tiêu năng thường uốn cong theo một cung tròn có bán kính R. Hình 4- 4: Mặt cắt thực tế của đập Bêtông trọng lực 4- 5 Chương 4. Đập