Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy ỜI CẢM ƠN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp,với hướng dẫn tận tình, đầy tâm huyết thầy giáo PGS.TS.Lê Thanh Hùng cố gắng ,nỗ lực thân,đến em hoàn thành Đồ án Tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hồ chứa nước Phú Xuân” thuộc tỉnh Hà Tĩnh Nội dung đồ án gồm phần chính: -Phần I: Tài liệu -Phần II: Thiết kế sở -Phần III: Thiết kế kỹ thuật cơng trình đầu mối -Phần IV:Chuyên đề kỹ thuật Mặc dù thời gian làm đồ án cố gắng, nỗ lực nhiều kiến thức kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đồ án nhiều thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy giáo giúp cho đồ án em hoàn chỉnh Em xin gửi tới thầy giáo PGS.TS.Lê Thanh Hùng lòng biết ơn chân thành, kính chúc thầy gia đình ln mạnh khỏe, hạnh phúc Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo trường giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm cho em thời trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực Hoàng Mỹ Duyên SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN Chương 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Điều kiện địa hình 1.1.1 Vị trí địa lý: 1.1.1.1 Theo tọa độ: - Hồ chứa nước Phú Xuân dự đặt đoạn sơng có tọa độ 109 02’31’’ kinh độ Đông 13017’29” vĩ độ Bắc Tại lũng sông thu hẹp lại mở rộng thành lịng chảo trước mở bình ngun hạ du Vì nơi có điều kiện tự nhiên đắp đập ngăn sông tương đối ngắn, tạo lên hồ chứa nước - Khu hưởng lợi công trình chạy dài ven theo hai bên bờ tả hữu sông Trà Bương Chủ yếu bên bờ hữu (nằm phía Nam) Khu hưởng lợi có rộng trung bình 2km, chiều dài gần 10km nằm phạm vi vĩ độ Bắc từ 13 017’30” đến 13022’30”, kinh độ Đơng từ 10902’31” đến 10906’40”, có diện tích khoảng 23 km2 bao gồm 15.000ha đất khai phá trồng trọt lâu đời thiếu nước hai xã Xuân Phước Xuân Quang, phần thị trấn La Hai 1.1.1.2 Theo địa giới hành - Hồ chứa nước Phú Xuân, dự kiến xây dựng sông Trà Bương, thuộc địa phận xã Xuân Phước, huyện Đồng Xuân, tỉnh Phú Yên, cách thị trấn La Hai khoảng 15km phía Tây- Nam cách thị xã Tuy Hòa khoảng 60 km Tây -Bắc - Sông Trà Bương nhánh cấp bờ hữu sơng Kỳ Lộ, sơng lớn phía Bắc tỉnh Phú Yên Sông Trà Bương bắt nguồn từ đỉnh núi Chang Chang cao 900 m dãy núi nhà Tót cao khoảng 700 m, chảy theo hướng Tây Bắc- Đơng Nam lượn quanh sườn núi phía Nam dãy núi Trà Bương cao 540m chuyển hướng chảy ngược hướng Tây Bắc-Đông Nam, cách cửa biển khoảng 25km - Lưu vực sơng Trà Bương tính đến vị trí hồ chứa giới hạn phạm vi vĩ độ Bắc từ 13011’ đến 13020’ kinh độ Đông từ 108055’ đến 10905’, có diện tích hứng nước khoảng 126 km2 SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo: 1.1.2.1 Khu vực dự án a) Đặc điểm đồi núi: - Địa hình vùng nghiên cứu bị phân cách mạng sâu Loại núi cao từ 100m trở lên sườn núi dốc tới 300 đến 450, loại đồi thấp 50m có sườn dốc thoải từ 150 đến 250 - Dựa vào nguồn gốc hình thái khu vực ta phân thành dạng địa hình địa mạo: dạng bào xói bóc mịn dạng tích tụ + Dạng bào xói bóc mịn: bao gồm tồn dãy núi, đồi bao quanh lòng hồ khu đầu mối + Dạng tích tụ: Phân bố dọc theo sông Trà Bương tạo thành dải bồi thềm sơng nhỏ chiếm hầu hết khu tưới hạ lưu, địa hình tương đối phẳng Nham thạch cấu tạo dạng tích tụ bao gồm bồi tích sét, cát cuội sỏi b) Đặc điểm sông suối Sông Trà Bương bắt nguồn từ dải núi cao phía Nam, đoạn đầu khoảng 4km chảy theo hướng Nam- Bắc, đoạn tới tuyến đập sông chảy theo hướng Tây NamĐơng Bắc Dịng sơng Trà Bương khu vực xây dựng cơng trình mùa khơ rộng khoảng 10 đến 20 m, độ sâu trung bình 0,5m, nước chảy chậm Về mùa mưa lũ lịng sơng Trà Bương mở rộng, chỗ vùng tuyến mở đến hàng trăm m, nước dâng cao từ đến 10m chảy xiết Đặc biệt bờ trái tuyến có bầu nước gọi Bầu Da có kích thước khoảng 35x140m khơng cạn nước, ngun nhân hình thành Bầu Da đá gốc phía thượng lưu Bầu Da nhơ vật cản tích tụ cát, cuội, sỏi tách khỏi dịng chảy 1.1.2.2 Khu vực lịng hồ Lịng hồ nơng rộng gần vng có chiều cạnh khoảng 1km, xung quanh có núi cao bao bọc hịn Cấm cao khoảng 207 m, Cao cao khoảng 148m SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Đáy hồ có độ cao trung bình từ 23 ÷ Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy 24m, yên ngựa xung quanh 40m, diện tích hứng nước lưu vực 126 km2, chiều dài sông đến đập dài 26,2km 1.1.2.3 Khu vực cơng trình đầu mối Trên khu vực đoạn sông nghiên cứu tuyến đập dâng có địa hình hai vai thoải tương đối hồn chỉnh Tuy khoảng cách có rộng làm cho tuyến đập dài từ 500 đến 600m, chỗ hẹp từ vùng đồi núi mở vùng bình ngun phía hạ lưu Ở phía bờ tả có eo yên ngựa rộng, địa hình tương đối phẳng tốt hồn chỉnh bố trí tràn xả lũ Tuyến cống lấy nước dự kiến đặt ỏ bên bờ hữu đập (bờ hữu sơng), tùy địa hình, địa chất yếu tố liên quan, ta nghiên cứu xác định cao trình đặt cống chương sau 1.1.2.4 Khu hưởng lợi Khu tưới phẳng, thấp dần từ thượng lưu hạ lưu cao độ +20m trở xuống Và thấp từ hai sườn xuống lũng sơng, có cao độ từ 10 đến 12 m, chỗ thấp 8m Đặc điểm khu tưới đơn giản, hai bên sườn núi thấp, thung lũng đồng việc bố trí hệ thống tuyến kênh mương tương đối thuận lợi, có bị phân cách nhiều cơng trình nhỏ, lưu lượng dẫn thấp nên không đáng lo ngại Đối với tuyến kênh sau cống lấy nước đến điểm chia nước dài 1,2km, qua địa hình tương đối phức tạp, đoạn đầu kênh vượt qua sườn núi dốc (đến 20 0) sau vịng vượt qua khe cạn Tuy nhiên kênh chuyển tải lưu lượng khơng lớn (QTK = 2,1 m3/s) khơng phức tạp việc bố trí thi công Đối với kênh cấp I (N N2) men theo hai khu tưới hai phía thềm tả thềm hữu sơng Trà Bương Do tuyến kênh bị phân cắt nhiều phải trọng việc phòng lũ quét để bảo vệ kênh cơng trình kênh, cần phải nạo vét tu sửa tuyến kênh sau mùa mưa lũ SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy 1.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn: 1.2.1 Đặc trưng khí tượng Vùng lưu vực sơng Trà Bương thuộc tiểu vùng khí hậu miền núi thấp mưa vừa tỉnh Phú Yên nằm phía Tây vùng đồng duyên hải Đồng Xuân, Tuy An, Tuy Hòa Lượng mưa trung bình năm từ 1500 đến 2000 mm, năm thấp xuống 1000mm, năm cao 2000mm Nhiệt độ trung bình năm khoảng 26 0C, tháng nóng vùng thung lũng khuất gió bị đốt nóng nhiều, lưu thơng, nhiệt độ lên đến 41 0C, gió Tây nóng xuất sớm mạnh, tốc độ gió lớn đo 20 m/s Độ ẩm trung bình hàng năm 82% Bảng 1-1: Nhiệt độ khơng khí trung bình, lớn nhất, nhỏ hàng tháng Tháng đặc II III IV V VI VII VIII IX X XII XII 21,9 22,6 25,7 27,6 29,0 28,3 28,3 28,1 26,8 25,1 24,4 22,4 25,9 35,4 38,4 39,2 40,1 40,5 39,8 38,0 38,0 36,9 38,4 31,0 32,8 40,5 13,1 13,7 16,3 17,2 21,3 21,9 20,9 21,7 21,5 17,9 15,8 15,0 13,1 trưng T(0C) Tmax(0C ) Tmin(0C) TB I năm Bảng 1-2: Độ ẩm tương đối khơng khí trung bình nhỏ tháng VI VI I II 74 74 21 31 Tháng đặc trưng I II III IV V VI W(%) 84 84 84 83 80 Wmin(%) 37 38 29 27 24 XI IX X XI 76 82 86 87 85 82 31 33 32 41 32 21 I TBnăm Vùng cơng trình chịu ảnh hưởng bão lốc, bão thường tập trung vào tháng đến tháng 12, bão nói chung khơng nhiều, trung bình năm có trân, năm nhiều có trận, có nhiều năm khơng có bão Bão gây gió to mưa lớn, có lên đến 35 đến 37 m/s Trận bão ngày 8/11/1964 vào Phú Yên tốc độ gió khoảng 36 m/s, lượng mưa đạt 655mm ngày làm ngập nhiều ruộng đất canh tác nhà cửa Hàng năm, vùng cơng trình có đến 10 ngày có sương mù vào tháng mùa đông, sương mù gây cản trở giao thông quang hợp trồng mức độ ảnh hưởng khơng nhiều SVTH: Hồng Mỹ Dun Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy Bảng 1-3: Tốc độ gió theo hướng vng góc với đập (hướng S-W) theo tần suất Tần suất P% 4% 10% 50% Vận tốc gió V(m/s) 31 25 18 Bảng 1-4: Chỉ tiêu bốc mặt hồ Bốc lưu vực: Z0 = 890 (mm/năm) Bốc mặt hồ: Z = 1386,2 mm/năm Thán I Z III IV V VI VII VIII IX X XI 71,2 86,8 94,5 136,7 189,0 147,6 199,6 177,2 69,4 69,3 TB XII 71,6 g ∆ II 78,3 năm 138,6 (mm) 1.2.2 Đặc trưng thủy văn, tài liệu lũ Diện tích lưu vực: Flv = 126 km2 Chiều dài sơng đến đập: Ls = 26,2 km Lượng mưa bình quân nhiều năm: X0 = 1500 mm Lớp dịng chảy bình quân nhiều năm: Y0 = 610 mm Modun dòng chảy bình quân nhiều năm: M0 = 19,4 l/s/km2 Lưu lượng bình quân nhiều năm: Q0 = 2,44 m3/s Tổng lượng dịng chảy bình qn nhiều năm: W0 = 77.106 m3 Hệ số phân tán Cv = 0,45; Hệ số thiên lệch: Cs = 2.Cv Bảng 1-5: Dịng chảy bình qn ứng với tần suất bảo đảm P = 75% Tháng Q75% (m3/s) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0,88 0,48 0,36 0,22 0,21 0,23 0,18 0,18 0,66 4,2 6,0 TB 3,6 năm 1,43 Bảng 1-6: Dòng chảy lũ: Lưu lượng tổng lượng lũ theo tần suất P% 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 1,0 Qmax (m3/s) 1313 1197 1032 915 72,5 58,1 Wmax (106m3) 55 50,5 45 39,2 31,4 25,6 Đường trình lũ p =1%, tương ứng với Qmax = 1032 m3/s; t = 30h SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật công trình thủy Bảng 1-7: Bảng trình lũ đến ứng với P = 1% TG (giờ) Q lũ TK TG (giờ) Q lũ TK TG (giờ) Q lũ TK TG (giờ) Q lũ TK 0,00 60,50 16 609,00 24 54,30 14,10 78,90 17 318,60 25 45,80 15,60 10 171,00 18 201,50 26 40,80 19,50 11 326,00 19 141,70 27 33,00 25,00 12 609,00 20 109,10 28 23,80 63,80 13 870,20 21 88,00 29 17,80 109,00 14 032,00 22 73,90 30 14,30 90,60 15 897,60 23 61,60 Quá trình lũ p = 0,2%, ứng với Qmax = 1313 m3/s; t = 30h Bảng 1-8: Bảng trình lũ đến ứng với P = 0,2% TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT 0,00 74,40 16 749,00 24 66,80 17,30 97,00 17 391,90 25 56,30 19,20 10 210,00 18 247,80 26 50,20 24,00 11 400,50 19 174,30 27 40,60 43,00 12 749,00 20 134,20 28 29,30 78,50 13 082,00 21 108,20 29 21,90 134,20 14 313,00 22 90,90 30 17,60 111,40 15 103,00 23 75,80 Hướng sóng trùng trục hồ Đà sóng ứng với MNDBT D = 1,30km ứng với MNL D’ = 1,42km 1.2.3 Bùn cát ρ0 Dòng chảy rắn: Qua đo đạc có 3 = 90 g/m ; Q0 = 2,44 m /s; γ bc = 0,9 T/m3, hệ số lắng đọng K = 0,8 1.2.4 Các đặc trưng hồ chứa Căn vào bình đồ lịng hồ tỷ lệ 1/5000 tuyến xác định, lập quan hệ Z ~ W Z ~ F SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy Bảng 1-9: Bảng Quan hệ Z∼ F, Z∼ W Z(m) 25 26 27 28 29 30 31 32 33 F(km ) 0,34 0,45 0,59 0,7 0,8 0,9 1,02 1,15 1,25 W(106m3) 0,35 0,735 1,26 1,9 2,65 3,5 4,46 5,55 6,75 Z(m) 34 35 36 37 38 39 40 41 42 1,35 1,45 1,5 1,68 1,83 1,94 2,05 2,27 2,54 8,05 9,45 11 13,4 15,3 19,1 20,1 23,8 29,1 F(km2) W(10 m ) Hình 1-1: Đường đặc tính lịng hồ Z∼ F, Z∼ W Mực nước hạ lưu sau đập: Zmin = 18,3 m; Zmax = 19 m 1.2.5 Tài liệu tính tốn thủy nơng, thủy lợi Cao trình tưới tự chảy: ∇ TTC = 26,8 m Lưu lượng thiết kế cống lấy nước QTK = 2,1 m3/s 1.3 Điều kiện địa chất: 1.3.1 Tổng quan toàn vùng Các tài liệu bao gồm: Bình đồ lịng hồ tỷ lệ 1/5000, diện tích km2 Bình đồ khu vực cơng trình đầu mối tỷ lệ 1/1000, diện tích 0,35 km2 Các mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, hạng mục cơng trình đầu mối Bình đồ khu tưới tỷ lệ 1/10000, diện tích 23km2 SVTH: Hồng Mỹ Dun Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy Bình đồ tuyến kênh tỷ lệ 1/500; trắc dọc, trắc ngang tuyến kênh cấp I (N N2) dài khoảng 16 km, bình đồ vị trí vượt sơng, suối tỷ lệ 1/200 1.3.2 Điều kiện địa chất vùng hồ Trong khu vực lòng hồ bên lớp cát, cuội, sỏi, lịng sơng lớp cát mùn hữu phân bố mép sườn đồi, tiếp đến lớp sét nhẹ, kết cấu chặt vừa trạng trái cứng, bên lớp đá macma cổ xếp vào phức hệ canh gồm đá granit đá andezic dạng xâm nhập phần phong hóa nứt nẻ Kết khảo sát nghiên cứu cho thấy lòng hồ Phú Xn có ba hệ khe nứt xong khe nứt hẹp, mặt khe phẳng khơng gây nước chúng nhét kín Độ hút nước đơn vị nhỏ 1.3.3 Địa chất cơng trình vùng tuyến Tuyến đập chính, từ xuống vùng giáp lịng sơng hai bên đập địa tầng gồm lớp: Lớp 1: Cát, cuội, sỏi lịng sơng dày trung bình từ đến m, K = 5.10 -3 cm/s không lấy mẫu thí nghiệm Lớp 2: Á cát mùn hữu mềm yếu, màu xám nguồn gốc (DL,EL) Q4 Dày trung bình 1m phân bố bên vai đập Lớp 3: Đá granit, phần phong hóa nứt nẻ nhẹ, khe nứt hẹp, mặt khe phẳng, ÷ khe nhét kín Phạm vi nứt nẻ 2,5m, lượng hút nước đơn vị khoảng q=0,026 l/phút 1.4 Địa chất thủy văn: Lưu vực sơng Trà Bương có diện tích 126 km tính với đoạn tuyến đập Độ dốc lịng sơng chia làm hai đoạn: - Đoạn đầu thượng nguồn tới ngã ba sông Kè sông Trà Bương chảy cung núi cao có độ dốc lớn - Đoạn sau tới tuyến đập sông Trà Bương chảy vùng đồi núi thấp, có độ ÷ dốc giảm nhỏ i = 6%, tạo điều kiện hình thành tích tụ lịng hồ SVTH: Hồng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 10 Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy 1.4.1 Nước mặt Nước mặt chủ yếu nước sông Trà Bương sông Kè, bắt nguồn từ dãy núi cao +400m phía Nam phía Đơng Nam lòng hồ Chế độ nước mặt thay đổi theo mùa, mùa mưa nhánh suối nhỏ hai sơng nói đổ làm cho nước sơng lên nhanh, ngâp tràn lên cuội sỏi hai bên bờ, ngập Bầu Da chảy xiết với lưu lượng hàng nghìn m3/s Mùa khơ nhánh suối nhỏ cạn kiệt, cịn sơng có nước, thượng lưu dòng chảy mạch hơn, đến đoạn từ trung du (vịng tuyến xây dựng cơng trình) trở hạ lưu cửa sơng dịng chảy mặt gần khơng đáng ÷ kể có lúc đo khoảng 20 30 l/phút Riêng Bầu Da chưa khô cạn 1.4.2 Nước đất Căn vào tính chất nham thạch qua hố thăm dò khu vực nghiên cứu, nước đất bao gồm nước lớp phủ đệ Tứ (cát, sỏi, cuội ) đá gốc phân hóa nứt nẻ 1.4.3 Nước ngầm lớp phủ đệ Tứ ÷ Chủ yếu nằm tầng cát, cuội, sỏi lớp (2c) (2d) có K = (2 5).10-2 cm/s Tầng nước tương đối phong phú, gương nước ngầm thường sâu, cách mặt đất ÷ m trữ lượng nước dày từ 4m, tầng cách nước tầng đá gốc thấm nước yếu Nước ngầm tầng có quan hệ trực tiếp với nước lưu vực, nước sông nước Bầu Da nước ngầm tầng cuội sỏi cát thượng lưu nước khe nứt đá gốc bù đắp Sau xây dựng đập có chân khay chống thấm cắt qua tầng toàn lượng nước trữ lại 1.4.4 Nước khe nứt Trong đới khe nứt nước ngầm nghèo, điểm nước chân núi cung quan sát hố đào chân đồi nước thấm rỉ nhỏ qua kết ép nước thí nghiệm hố khoan tuyến đập II cho thấy lượng nước đơn vị q = 0,17 l/phút.m, xấp xỉ 0,24 m3/ngày đêm SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy a = a’ = 6cm 8.2 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TƯỜNG 8.2.1 Tính tốn ổn định trường hợp Tường thi cơng xong, có xe máy hoạt động phía sau lưng tường – tổ hợp tải trọng thi công a Các lực tác dụng lên cơng trình Cắt dải tường có chiều dài ltb = m để tính tốn - Trọng lượng thân tường khối đất tác dụng lên tường P = F.B.γ Trong : + F: diện tích mặt cắt tường khối đất (m2) + γ: trọng lượng riêng khối bê tông đất Ta chia nhỏ mặt cắt ngang tường cánh thành hình bản, tính lực tác dụng Pi tương ứng tìm trọng tâm phần Hình 4-6: Sơ đồ lực tác dụng lên tường cánh thượng lưu trường hợp Tính tốn thu kết sau: P1 = (0,5.8,81).1.2,5 = 11 (T) chiều P2 = (0,5.8,81.1).1.2,5 = 11 (T) chiều SVTH: Hoàng Mỹ Duyên ↓ ↓ Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy P3 = (1,5.6).1.2,5 = 22,5 (T) chiều P4 = (0,5.8,81.1).1.1,96 = 8,63 (T) chiều ↓ ↓ P5 = (8,81.3,5).1.1,96 = 60,44 (T) chiều ↓ - Áp lực đất chủ động: pcđ = γ ω Z.K cd + q.K cd - 2.C K cd (4.33) + Kcđ: Hệ số áp lực đất chủ động: ϕ 14,90 K cđ = tg (450 − ) = tg (450 − ) = 0,591 2 + Z: tọa độ điểm xét tính từ mặt đất trở xuống • Tại Z = 10,31 m 0,591 Pcđ2 = 1,96.10,31.0,591 + 2,5.0,591 - 2.3,6 • = 7,89 (T/m) Tại Z = m 0,591 Pcđ1 = 1,96.0.0,591 + 2,5.0,591 - 2.3,6 Với: Z0 = = Ecđ = = - 4,06 (T/m) 2.C q 2.3,6 2,5 − = − = 3,5 γ ω K cđ γ ω 1,96 0,591 1,96 1 H Pcđ = (10,31 − 3,5).7,89 = 26,87 (T ) 2 m, Z0 Pcđ = chiều ← Điểm đặt Ecđ cách chân tường khoảng là: H − Z 10,31 − 3,5 = = 2,27( m) 3 Bảng 8-24: Tổng hợp kết tính lực tác dụng lên tường cánh TH1 STT Lực tác dụng Giá trị tiêu chuẩn (T) Hệ số lệch tải SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Giá trị tính tốn (T) LA (m) LO (m) MA (T.m) MO (T.m) Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư ↓ (+) Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy ← (+) ↓ (+) ← (+) ← (+) ← (+) P1 11 0.95 10.45 1.25 1.75 -13.06 18.29 P2 11 0.95 10.45 1.83 1.17 -19.12 12.23 P3 22.5 0.95 21.38 -64.13 0.00 P4 8.63 0.9 7.77 2.17 0.83 -16.85 6.45 P5 60.44 0.9 54.40 4.26 1.25 -231.73 -68.00 Ecđ Tổng 1.2 32.24 104.44 32.24 3.5 3.5 112.85 -232.04 112.85 81.82 26.87 b Kiểm tra ứng suất σ max,min = ∑ G 1 ±  F  6e  ÷ B + F: diện tích đáy tường, F = 1.6 = m2 + B: chiều rộng đáy tường, B = m + e: độ lệch tâm hợp lực thẳng đứng lấy với điểm O mặt cắt Thay giá trị ta được: σmin = 3,77 (T/m2), σmax = 31,04 (T/m2) Sức chịu tải đá, R = 9000 (T/m2) Ta thấy σmin > 0; σmax < 1,2R Vậy đảm bảo yêu cầu chịu tải, ta cần kiểm tra điều kiện trượt phẳng c Kiểm tra ổn định trượt phẳng tường Theo công thức nêu phần kiểm tra ổn định trượt ngưỡng tràn Thay số vào ta có: n K 0,95.1,15  0,839 104,44  K = = 1,15  = 2,72 > [ K ] = c n = 32,24 m 0,95   Vậy tường chắn ổn định không bị trượt phẳng d Kiểm tra ổn định lật tường Theo công thức nêu phần kiểm tra ổn định lật ngưỡng tràn Thay số vào ta có: SVTH: Hồng Mỹ Dun Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư K cl = Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy n K 344,89 0,95.1,15 = 3,06 > [ K ] = c n = = 1,15 112.85 m 0,95 Vậy tường chắn ổn định không bị lật 4.5.2.4 Tính tốn ổn định trường hợp Mực nước thượng lưu rút nhanh từ MNLTK xuống Zng a Các lực tác dụng lên cơng trình Hình 4-7: Sơ đồ lực tác dụng lên tường cánh thượng lưu trường hợp Tính tốn ta có kết sau P1 = (0,5.8,81).1.2,5 = 11 (T) chiều P2 = (0,5.8,81.1).1.2,5 = 11 (T) chiều P3 = (1,5.6).1.2,5 = 22,5 (T) chiều P = (0,5.6,85.1).1.2,02 = 6,92 (T) chiều P5 = (6,85.3,5).1.2,02 = 48,43 (T) P6 = (1,96.4,5).1.1,96 = 17,29 (T) chiều ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ chiều ↓ - Cường độ áp lực đất chủ động: pcđ = γ tn Z.K cd - 2.C K cd SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy Z tọa độ điểm xét, tính từ đỉnh tường xuống Hệ số áp lực đất chủ động:  ϕ 14,90    K cđ1 = tg  450 −  = tg  450 −  2     = 0,591  ϕ  14,080  K cđ = tg  450 − bh  = tg  450 −         = 0,609 • Tại Z = pcđ = - 2.C K cd 0,591 = - 2.3,6 = - 5,54 (T/m) • Tại Z = 1,96 m; pcđ = 1,96.1,96.0,591 – 2.3,6 0,591 = - 3,26 (T/m) Tính tốn áp lực đất chủ động cho lớp đất bão hòa với Z = 1,96 + Z2; γdn = γbh - γn • • Tại Z2 = 8,35 m Pcđ2 = γ tn h1.K cd2 + γ dn Z K cd2 - 2.C bh K cd2 0,609 = 1,96.1,96.0,609 + (2,02 – 1).8,35.0,609 – 2.3,3 = 2,38 (T/m) Xác định Z0: Tổng áp lực đất chủ động: Ecđ = 0,5.2,38.(8,35 – 4,53) = 4,55 (T) Điểm đặt Ecđ cách chân tường khoảng : Lcd = H − Z 8,35 − 4,53 = = 1,27(m) 3 - Áp lực thấm chênh lệch cột nước phía phía ngồi tường: SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Wth = Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy 1 γ n.1 ( h - h ) B = 1.1 ( 8,35 −1,5 ) = 20,55 2 (T) Điểm đặt cách tâm A khoảng: Lth = 2L/3 = m - Áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược : Wđn = γn.1.h3.B = 1.1.1,5.6 = (T) Điểm đặt cách tâm A khoảng Lđn = L/2 = m - Áp lực thuỷ tĩnh sau tường : Wst = 1 γ n h 2.b = 1.8,35 2.1 = 34,86 2 (T) Điểm đặt cách tâm A khoảng Lst = h2/3 = 2,78 m - Áp lực thuỷ tĩnh trước tường : Wtt = 1 γ n h 3.b = 1.1,5 2.1 = 1,13 2 (T) Điểm đặt cách tâm A khoảng Ltt = h3/3 = 0,5 m Bảng 8-25: Tổng hợp kết tính lực tác dụng lên tường cánh TH2 ST T Lực tác dụng Giá trị tiêu chuẩn (T) ↓ (+) Hệ số lệch tải ← (+) Giá trị LA tính tốn (T) (m) ↓ (+) LO (m) MA (T.m) MO (T.m) ← (+) ← (+) 1.75 -13.06 18.29 1.17 -19.12 12.23 -64.13 0.83 -13.51 5.17 1.25 -185.68 -54.48 0.75 -58.35 11.67 1.27 6.93 6.93 2.78 96.91 96.91 20.55 ← (+) 1.2 1.8 P1 P2 P3 P4 P5 P6 Ecđ Wst Wth -20.55 -20.55 82.20 10 Wđn -9 -9.00 27.00 11 Wt 0.5 0.5 -0.57 11 0.95 10.45 11 0.95 10.45 22.5 0.95 21.38 6.92 0.9 6.23 48.43 0.9 43.59 17.29 0.9 15.56 4.55 34.8 1.2 5.46 34.86 -1.13 SVTH: Hoàng Mỹ Duyên -1.13 2.1 4.2 3.7 1.2 2.7 -0.57 Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy Tổng 78.10 39.19 -141.38 116.70 b Kiểm tra ứng suất Theo công thức nêu phần kiểm tra ổn định trượt ngưỡng tràn Thay giá trị ta được: σmin = - 6,43 (T/m2), σmax = 32,47 (T/m2) Sức chịu tải đá, R = 9000 (T/m2) Ta thấy σmax < 1,2R Vậy đảm bảo điều kiện ứng suất c Kiểm tra ổn định trượt phẳng tường Theo công thức nêu phần kiểm tra ổn định trượt ngưỡng tràn Thay số vào ta có: n c K n 0,9.1,15  0,839.78,1  K = ÷= 1,67 > [ K ] = m = 0,95 = 1,09  39,19  Vậy tường chắn ổn định không bị trượt phẳng d Kiểm tra ổn định lật tường Theo công thức nêu phần kiểm tra ổn định lật ngưỡng tràn K cl = Thay số vào ta có: n K 354, 43 = 1,66 > c n = 1,09 213, 05 m Vậy tường chắn ổn định không bị lật 8.3 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 8.3.1 Trường hợp 7.3.1.1 Tính tốn lực Q, M chân tường ( mặt cắt A – A ) SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy Hình 7-1: Sơ đồ tính tốn nội lực tác dụng lên tường TH1 a Lực cắt lớn ngàm Lực cắt áp lực đất chủ động tác dụng lên tường: qđ = γ ω H.K cd + q.K cd - 2.C K cd 0,591 = 1,96.8,81.0,591 + 2,5.0,591 - 2.3,6 = 6,95 (T/m) → Qđ = 6,95.(8,81 – 3,5)/2 = 18,44 (T) b Mô men lớn ngàm Mmax = 18,44.( 8,81 – 3,5)/3 = 32,64 (T.m) 7.3.1.2 Tính tốn lực Q, M tường ( mặt cắt B – B ) a Lực cắt tường qđ = γ ω H.K cd + q.K cd - 2.C K cd 0,591 = 1,96.4,4.0,591 + 2,5.0,591 - 2.3,6 = 1,04 (T/m) → Qđ = 1,04.(4,4 – 3,5)/2 = 0,47 (T) b Mô men tác dụng tường Mmax = 0,47.( 4,4 – 3,5)/3 = 0,14 (T.m) 7.3.1.3 Tính tốn lực Q, M đáy tường ( mặt cắt C – C ) - Phản lực nền: σmin = 3,77 (T/m2), σmax = 31,04 (T/m2) SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy - Tải trọng dất, trọng lượng thân, người xe cộ lại qđ = γω.H.1 =1,96.8,81 = 17,27 (T/m2) Hình 7-2: Sơ đồ lực tác dụng lên đáy tường TH1 a Lực cắt mặt cắt C – C QC = 13,77.1,92 11,36.1,58 − = 4, 24 2 (T) b Mô men mặt cắt C – C MC = 13,77.1,92 11,36.1,58 1,58 (1,58 + 1,92) − = 33,08 3 (T.m) 8.3.2 Trường hợp Mực nước thượng lưu rút nhanh từ MNLTK xuống Z ng, tổ hợp tải trọng đặc biệt Hình 7-3: Sơ đồ lực tác dụng lên tường cánh TH2 SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy 7.3.2.1 Tính tốn lực Q, M chân tường ( mặt cắt A’ – A’ ) a Lực cắt lớn chân tường - Áp lực đất chủ động: qđ = γ tn h1.K cd2 + γ dn H.K cd2 - 2.C bh K cd2 0,609 = 1,96.1,96.0,609 + (2,02 – 1).6,85.0,609 – 2.3,3 = 1,44 (T/m) → Qđ = 1,44.(6,85 – 4,53)/2 = 1,68 (T) - Áp lực thủy tĩnh sau tường: qn = 1.6,85 = 6,85 (T/m) - Lực cắt tai chân tường: Q= 1, 44.(6,85 − 4,53) 6,85.6,85 + = 25,13 2 (T) b Mô men lớn chân tường M= 1, 44.(6,85 − 4,53) 6,853 + = 54,86 6 (T.m) 7.3.2.2 Tính tốn lực Q, M tường ( mặt cắt B’ – B’ ) a Lực cắt lớn tường - Áp lực đất chủ động (bỏ qua qđ âm) - Áp lực thủy tĩnh sau tường: qn = 1.(4,4 – 1,96) = 2,44 (T/m) Q= 2, 442 = 2,98 (T) b Mô men lớn tường M= 2, 443 = 2, 42 (T.m) 7.3.2.3 Tính tốn lực Q, M đáy tường ( mặt cắt C’ – C’ ) SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy Tính tốn đáy dầm cơng xơn ngàm vào tường Tính cho mặt cắt ngàm C’ – C’ Lực tác dụng lên đáy bao gồm: Phản lực tải trọng: trọng lượng thân, trọng lượng đất, áp lực thấm - Phản lực nền: σmin = - 6,43 (T/m2), σmax = 32,47 (T/m2) - Các tải trọng khác: qđ = γtn.h1 + γbh.h2 = 1,96.1,96 + 2,02.6,85 = 17,68 (T) Hình 7-4: Sơ đồ lực tác dụng lên đáy tường TH2 a Lực cắt lớn đáy tường (mặt cắt C’ – C’) Qc = 14,79.2,28/2 – 7,94.1,22/2 = 12,02 (T) b Mô men lớn đáy tường (mặt cắt C’ – C’) Mc = 14,79.2, 28 7,94.1, 22 1, 22 (1, 22 + 2, 28) − = 44, 23 3 (T.m) → Vậy từ kết tính tốn ta lựa chọn kết Q max, Mmax để tính tốn bố trí cốt thép cho tường cánh thượng lưu tràn Với số liệu lựa chọn sau: - Tại chân tường: Qmax= 25,13 (T); Mmax= 54,86 (T.m) - Tại tường: Qmax= 2,98 (T); Mmax= 2,42 (T.m) - Tại đáy tường: Qmax= 12,02 (T); Mmax= 44,23 (T.m) 8.4 TÍNH TỐN BỐ TRÍ CỐT THÉP 8.4.1 Tính tốn bố trí cốt thép cho mặt cắt chân tường - Ta tính tốn với tiết diện chữ nhật: b x h = 100 x 150 cm; h0 = h - a SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy - Nội lực tính tốn: M = 54,86 (T.m); Q = 25,13 (T), trường hợp tổ hợp tải trọng đặc biệt Đối với tường cánh thượng lưu chịu lực uốn lớn nên ta tính tốn với trường hợp tiết diện chữ nhật chịu uốn Giả thiết tính cốt đơn, ta có sơ đồ ứng suất tiết diện chữ nhật chịu uốn sau: Hình 7-5: Sơ đồ ứng suất tiết diện chữ nhật cốt đơn Số liệu tính tốn BT M200: α0 = 0,6 → A0 = α α (1 − ) = 0,42 Ra = Ra’ = 2700 kG/cm2, Rn = 90 kG/cm2 A= k nncM m b R n bh o = 1,15.0,9.54,86.105 = 0,03 1.90.100.1442 < Ao = 0,42 → α = - − 2A = 0,173 - Công thức bản: Từ phương trình hình chiếu lực lên phương trục dầm viết công thức: mbRnbx = maRaFa (7.1) Từ phương trình mơ men lực trục qua điểm đặt hợp lực cốt thép chịu kéo vng góc với mặt phẳng uốn viết cơng thức: knncM ≤ Mgh = mbRnbx(ho – x/2) SVTH: Hoàng Mỹ Duyên (7.2) Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Đặt α = x/ho → Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy Từ phương trình (7-1) ta có: maRaFa = mbRnbhoα Đặt A = α(1- α/2) → (7.3) Từ phương trình (7.2) ta có: knncM ≤ Mgh = mbRnbho2.A (7.4) Điều kiện hạn chế: x ≤ αoho (7.5) - Tính thép Fa cho mặt cắt chân tường: Từ công thức (7.3) ta có: Fa = m b R n bhα 1.90.100.144.0,173 o = = 75, 49 ma R a 1,1.2700 cm2 Kiểm tra điều kiện: Fa = 75,49 cm2 > µminbh0 = 0,1%.100.144 = 14,4 cm2 → thỏa mãn Tra Phụ lục 12 GT.KCBTCT ta chọn: Fa = 10Ф32 (Fa = 80,42 cm2) Chiều dày bảo vệ a = cm 8.4.2 Tính tốn bố trí cốt thép cho mặt cắt tường - Ta tính tốn với tiết diện chữ nhật: b x h = 100 x 100 cm - Nội lực tính tốn: M = 2,42 (T.m); Q = 2,98 (T) Ta có: A = k n n cM m b R n bh o = 1,15.0,9.2, 42.105 = 0,0031 1.90.100.942 < Ao = 0,42 → α = 0,027 Tính bố trí cốt thép cốt đơn, tương tự ta có: Fa = m b R n bhα 1.90.100.94.0,027 o = = 37,7 ma R a 1,1.2700 cm2 Kiểm tra điều kiện: Fa = 37,7 cm2 > µminbh0 = 0,1%.100.94 = 9,4 cm2 → thỏa mãn Tra Phụ lục 12 GT.KCBTCT ta chọn: Fa = 5Ф32 (Fa = 40,21 cm2) SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật cơng trình thủy Chiều dày bảo vệ a = cm 8.4.3 Tính tốn bố trí cốt thép cho đáy tường - Ta tính tốn với tiết diện chữ nhật: b x h = 100 x 150 cm - Nội lực tính tốn: M = 44,23 (T.m); Q = 12,02 (T) Ta có: A = k nncM m b R n bh o = 1,15.0,9.44, 23.105 = 0,025 1.90.100.1442 µminbh0 = 0,1%.100.144 = 14,4 cm2 Tra bảng chọn: Fa = 8Ф30 (Fa= 56,55 cm2) 1.1.1 Bố trí vùng chịu nén Do q trình làm việc tường cánh thượng lưu xây dựng xong mà chưa đắp đất sau tường, tường chịu áp lực gió thổi từ trước sau tường ta bố trí thép cấu tạo cho vùng chịu nén trường hợp tính tốn Chọn Fa’= 5Ф14, khoảng cách thép là: 20 cm 8.4.4 Tính cốt thép ngang ( cốt xiên ) K1.m b4 R k < σ1 = τ0 = - Điều kiện tính tốn: k n n c Q < m b3 R k c 0,9.b.h (7.6) Trong đó: mb4: hệ số điều kiện làm việc bê tơng khơng có cốt thép: mb4 = 0,9 Rk: cường độ chịu kéo tính tốn bê tông M200, Rk = 7,5 kG/cm2 Kn = 1,15; nc = 0,9; K1 = 0,6 dầm; Rkc =11,5 kG/cm2; mb3 = 1,15 a Tính tốn cho mặt cắt chân tường có Q = 25,13 (T) Thay vào (7.6) ta được: 4,05 > 3,99 < 13,23 kG/cm (không thỏa mãn điều kiện) SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kĩ thuật công trình thủy → Vậy khơng phải bố trí cốt xiên c Tính tốn cho đáy tường có Q = 12,02 (T) Thay vào (7.6) ta được: 4,05 > 1,24 < 13,23 kG/cm (không thỏa mãn điều kiện) → Vậy khơng phải bố trí cốt xiên 8.4.5 Kiểm tra nứt Điều kiện để cấu kiện chịu uốn không bị nứt là: ncMc ≤ Mn = γ1RkcWqđ (7.7) Trong đó: nc - hệ số tổ hợp tải trọng, tải trọng đặc biệt nc = 0,9 Mc - Mô men uốn tác dụng tải trọng tiêu chuẩn Mn- mơ men uốn mà tiết diện chịu trước khe nứt xuất Wqđ – mô men chống uốn tiết diện quy đổi với mép biên chịu kéo tiết diện a Kiểm tra nứt cho mặt cắt chân tường Tiết diện: b x h = 100 x150 cm M = 54,86 (T.m) → Mc = 54,86/1,2 = 45,72 (T.m) Wqd = xn = J qd h-x n (7.8) Sqd Fqd Tính xn: (7.9) Fqđ: Diện tích tiết diện quy đổi Sqđ: Momen tĩnh tiết diện quy đổi, lấy với mép biên chịu nén tiết diện quy đổi n = Ea/Eb = 2100000/240000 = 8,75 Fqđ = b.h + n.Fa + n.Fa’= 100.150 + 8,75.75,4 + 8,75.7,69 = 15727,04 cm2 SVTH: Hoàng Mỹ Duyên Lớp: S13-K52CTL4 ... cơng trình thủy PHẦN II: THIẾT KẾ CƠ SỞ CHỌN PHƯƠNG ÁN Chương 3: PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI 3.1 Vị trí tuyến cơng trình đầu mối: Lựa chọn vùng tuyến xây dựng cơng trình, bố trí cơng trình đầu mối. .. thuật cơng trình thủy Chương 4: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI 4.1 Thiết kế sơ đập ngăn nước 4.1.1 Xác định cao trình đỉnh đập: 4.1.1.1 Tài liệu thiết kế Bảng 4-1: Các thông số thiết kế Thông... S13-K52CTL4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 27 Ngành: kĩ thuật cơng trình thủy -Cột (1): Thứ tự tháng xếp theo năm thủy văn tháng (tháng VIII) tháng đầu mùa lũ năm trước, tháng cuối tháng VII đầu mùa kiệt