Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Phần 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH VÀ TÀI LIỆU CƠ BẢN
1.1. Nhiệm vụ công trình
Xây dựng hồ chứa nước trên sông với các nhiệm vụ chính là:
1. Cấp nước tưới cho 5000 ha ruộng 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. Các tài liệu cơ bản dùng để thiết kế:
1. 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 :
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 :
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 1

Q
cống
(m
3
/s) Mực
nước
đầu
kênh
(m)
Q
tràn
(m
3
/s)
D
(km)
MNC
(m)
MNDB
T (m)
MBHLB
T
MNHL
Max
Q
tk
(MNC)
Q
(MNBT
)

giao thông đi lai vận chuyển vật liệu thi công và máy móc thiết bị thi công dể dàng thuận
lợi.
1.5. Phân tích chọn loại đập, hình thức tràn và cống lấy nước.
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và căn cứ vào vật liệu xây dựng đó đã nêu ở trên
ta thấy điều kiện điều kiện về vật liệu xây dựng rất thuận lợi để tiến hành xây dựng đập
đất, ta chọn loại hình đập là đập đất để hạ giá thành sản xuất, và tận dụng được nguồn vật
liệu địa phương, rút ngắn thời gian thi công.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 4
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Phần 2. THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
2.1. CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ
2.1.1.1. Cấp công trình
Tra theo bảng 1 QCVN 04-05:2012 trang 10
a) Theo năng lực phục vụ và khả năng trữ nước của hồ chứa:
- Hồ cấp nước tưới cho 5000 ha đất canh tác  công trình cấp III
- Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân
- Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái
- Kết hợp với thủy điện nhỏ với công suất 1000KW
b) Theo đặc tính kĩ thuật của công trình:
MNLTK = MNDBT + H
t max
= 128,0 + 4 = 132,0 (m)
Cao trình đỉnh đập: (chọn d = 2m)
Z
đỉnhđập
= MNLKT + d = 132,0 + 2 = 134,0 (m)
Vậy chiều cao đập H = Z
đỉnhđập
- Z
đáyđập

Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao
của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (MNDBT, MN max khi có lũ
TK và lũ KT) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập quy định theo cấp công trình.
Độ vượt cao của đỉnh đập xác định theo công thức :
h
đ
=∆h + h
sl
+ a
Trong đó:
Δh: Chiều cao nước dềnh do gió (m).
h
sl
: Chiều cao sóng leo lên mái (m)
a : Chiều cao an toàn (m)
Độ vượt cao của đập quy định khác nhau cho 3 trường hợp:
a) Mực nước dâng bình thường:
 Chiều cao nước dềnh do gió:
Xác định theo công thức 114 TCVN 8241:2010 mục A.2.2:
2
cos
( 0,5 )
w
set w w
set
V L
h k
g d h
α
∆ =

V
w
= k
fl
.k
l
.V
l
=0,842.1.27=22,734 (m/s)
Trong đó:
k
fl
: hệ số tính chuyển các số liệu vận tốc gió được đo bằng phong kế, được
tính theo công thức k
fl
=0,675+4,5/V
l
=0,842.
k
l
: hệ số quy đổi vận tốc về điều kiện mặt thoáng của vùng nước; k
l
=1.
V
l
: Vận tốc gió tại độ cao 10m trên mặt đất; V
l
=32m/s.
Xác định chiều sâu ứng với mực nước tính toán:
d = MNDBT - Z

: Hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m.
Tra bảng 7: với V
w
= 27 m/s, m = 3 ÷ 5 ⇒ K
sp
= 1,5
+ K
run
: Hệ số, được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tùy theo độ
thoải của sóng vùng nước sâu.
o Xác định chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo p =1%:
- Giả thiết sóng nước sâu (d/λ>0,5 và d≥2h
1%
)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 7
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
- Tính các giá trị không thứ nguyên:
2 2
9,81.6.3600
9320,67
22,734
9,81.1200
22,78
22,734
w
w
gt
V
gL
V

V
gt
V
gT
V

=


= ⇒


=


;
2
2
0,009
22,78
1,00
w
w
w
gh
V
gL
V
gT
V



=


Chiều cao sóng trung bình:
( )
2
2
2
22,734
0,009 0,474
9,81
w
w
V
gh
h m
V g
 
= × = × =
 ÷
 
Chu kì sóng trung bình:
22,734
1,00 2,317 ( )
9,81
w
w
V

với:
2 2
22,78 0,05
w w
gL gd
V V
= ⇒ =
; P = 1% suy ra Ki=2,14
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
1%
= 2,14x0,474=1,014(m)
o Xác đinh hệ số K
run
– hệ số được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tuỳ theo độ thoải của sóng
1%
/
d
h
λ
vùng nước sâu.
Có h
1%
= 1,652 (m)
⇒

1%
/ 8,382 /1,014 8,266
d
h

=∆h + h
sl
+ a =0,0053+0,986+0,7= 1,6913 (m)
 Cao trình của đỉnh đập ứng với MNDBT:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 9
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Z
1
= MNDBT + h
đ
=128,0 + 1,6913 = 129,6913 (m)
b) Mực nước lũ thiết kế
Cao trình MNLTK: MNLTK = MNLTK + 4 = 128 + 4 = 132 (m)
 Chiều cao nước dềnh do gió:
Xác định theo công thức 114 TCVN 8241:2010 mục A.2.2:
2
cos
( 0,5 )
w
set w w
set
V L
h k
g d h
α
∆ =
+ ∆
(m)
Trong đó:
α

.V
l
=1.1.12=12 (m/s)
Trong đó:
k
fl
: hệ số tính chuyển các số liệu vận tốc gió được đo bằng phong kế, được
tính theo công thức k
fl
=0,675+4,5/V
l
=1,05 => chọn k
fl
=1
k
l
: hệ số quy đổi vận tốc về điều kiện mặt thoáng của vùng nước; k
l
=1.
V
l
: Vận tốc gió tại độ cao 10m trên mặt đất; V
l
=12m/s.
Xác định chiều sâu ứng với mực nước tính toán:
d = MNLTK - Z
đáyđập
=(128,0+4,0)-100,0=32,0m
Thay số vào trên ta xác định được độ cao nước dâng do gió:
Giải pt bậc 2, ta được:

w
= 12m/s, m = 3 ÷ 5 ⇒ K
sp
= 1,1
+ K
run
: Hệ số, được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tùy theo độ
thoải của sóng vùng nước sâu.
o Xác định chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo p =1%:
- Giả thiết sóng nước sâu (d/λ>0,5 và d≥2h
1%
)
- Tính các giá trị không thứ nguyên:
2 2
9,81.6.3600
17658
12
9,81.1200
115,81
12
w
w
gt
V
gL
V

= =



V

=


= ⇒


=


;
2
2
0,027
115,81
1,64
w
w
w
gh
V
gL
V
gT
V

=



=


Chiều cao sóng trung bình:
( )
2
2
2
12
0,027 0,396
9,81
w
w
V
gh
h m
V g
 
= × = × =
 ÷
 
Chu kì sóng trung bình:
12
1,64 2,006( )
9,81
w
w
V
gT
T m

w w
gL gd
V V
= ⇒ =
; P = 1% suy ra Ki=2,1
Chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
1%
= 2,1x0,396=0,834(m)
o Xác đinh hệ số K
run
– hệ số được lấy theo các đồ thị ở Hình 11 tuỳ theo độ thoải của sóng
1%
/
d
h
λ
vùng nước sâu.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 12
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Có h
1%
= 0,834 (m)
⇒

1%
/ 6,286 / 0,834 7,5
d
h
λ

đ
=∆h + h
sl
+ a =0,0016+0,811+0,5= 1,3126 (m)
 Cao trình của đỉnh đập ứng với MNLTK:
Z
2
= MNLTK + h
đ
=132,0 + 1,3126 = 133,3126 (m)
c) Mực nước lũ kiểm tra
Cao trình MNLKT: MNLKT = MNLTK + 1 = 132 + 1 = 133 (m)
Cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT:
Z
3
= MNLKT + a= 133,0 + 0,2=133,2 (m)
d) Cao trình đỉnh đập:
∇
đỉnh đập
= ∇
dd
= max( Z
1
; Z
2
; Z
3
)
= max(129,6913; 133,3126; 133,2) = 133,3126 (m)
Vậy chọn: ∇

Mái hạ lưu : chọn m
2
= 3,5
Mái thượng lưu thoải hơn mái hạ lưu chủ yếu vì nó thường xuyên bão hoà nước và
chịu tác dụng của sóng, gió, mực nước rút nhanh.
b. Cơ đập:
Đập có chiều cao H = 34 (m) , nên ta sẽ bố trí cơ đập ở phía dưới mái hạ lưu. Độ cao
giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10 - 25m. Bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và thi
công. Chọn B
cơ
= 3 m
Mái thượng lưu: ∇
100
đến ∇
118
chọn m = 4,00
∇
118
đến ∇
134
chọn m = 3,5
Mái hạ lưu: ∇
108
đến ∇
119
chọn m = 3,5
∇
119
đến ∇
134

[ ]
cp
J
gradien thấm cho phép của vật liệu làm tường chống thấm.
Đối với đất sét
[ ]
cp
J
có thể lấy từ 5 đến 10.
Tính được
2
δ
= 6m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng : Chọn không thấp hơn MNLTK ở thượng lưu.
B. Sân phủ
Sân phủ (Sân trước) được bố trí ở phía thượng lưu tiếp giáp với bản đáy. Nó có tác
dụng nhiều mặt, nhưng chủ yếu là giảm lưu lượng thấm và giảm áp lực thấm lên bản đáy
công trình. Kết cấu và kích thước sân phủ phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau : ít thấm
nước, có tính mềm, dễ thích ứng với các biến hình của nền, dùng một loại vật liệu.
Các kích thước cơ bản của sân trước như sau:
a. Chiều dài sân (L
S
):
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 15
8,0
1
≥δ
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Được xác định theo các yêu cầu kinh tế và kĩ thuật. Thường sơ bộ định trước L
S

- Nếu đập được xây dựng trên nền đá không thấm nước thì vật chống thấm phải nối
tiếp với nền bằng gối bê tông.
b. Chiều dày sân phủ
- Mặt trên của sân phủ phủ một lớp sạn dày 1m để đảm bảo sân trước khi thi công
hoặc tháo nước trong hồ không bị nứt nẻ.
Ở đầu t
1
0,5m; chọn t
1
= 3,0m
Ở cuối t
2
; chọn t
2
= 6m
2.2.5. Vật thoát nước
Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập:
a) Đoạn lòng sông : Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước ứng với MNHL
max
và MNHL
bt
H
HLmax
= MNHL
max
– Z
đáyđập
= 105,2 – 100,0 = 5,2 (m)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 16

LT
= Z
đáyđập
+ H
LT
= 100,0 + 8,0 = 108,0 (m)
Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần có tầng lọc ngược.
b) Đoạn sườn đồi
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước; sơ đồ đơn giản nhất có thế chọn là thoát
nước kiểu áp mái
2.3. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN
2.3.1. Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán
a. Nhiệm vụ tính thấm:
− Xác định lưu lượng nước thấm qua thân đập, nền và bờ để đánh giá tổn thất nước
trong tính toán kinh tế và cân bằng hồ chứa.
− Xác định vị trí đường bão hòa để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh giá sự
ổn định của mái dốc hạ lưu.
− Tính toán Gradien thấm để đánh giá mức độ xói ngầm chung và xói ngầ, cục bộ.
Từ đó xác định kích thước đập và kết cấu đập.
b. Các trường hợp tính toán:
Thấm qua đập đất phải ứng với những mức nước thương hạ lưu nhất định. Mực nước
thượng hạ lưu quy định gồm những trường hợp sau đấy:
o Thượng lưu ứng với MNDBT, hạ lưu là mức nước thấp nhất.
o Thượng lưu là mức nước cao nhất và hạ lưu có mực nước ứng với lưu lượng lũ
tháo xuống khi mức nước thượng lưu cao nhất.
o Thượng lưu là mực nước hạ thấp từ MNDBT đến mực nước thấp nhất trong
thời gian khai thác (MNC) và hạ lưu là mực nước thấp nhất
2.3.2. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
Theo tài liệu mặt cắt lòng sông, hạ lưu có nước, thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ.
Vì hệ số thấm của tường nghiêng nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số thấm của nền và thân đập

( )
. .
2( ) . 0,44 '.
d n
h h h h T
q K K
L m h L m h T m h
− −
= +
− − + −
Trong đó:
q – lưu lượng thấm
K
d
– hệ số thấm của đập (K
đ
= 10
-6
m/s)
K
n
– hệ số thấm của nền (K
n
= 10
-5
m/s)
h
1
– cột nước trước đập.
h

s
= 150,0 m)
Từ đó, tính được:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 18
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
5
3
3
(28,5 ).19,0
10 .
0,44.19,0 150,0 3,5.
h
q
h
−
−
=
+ +
;
2 2
6 5
3 3
3 3
3,3 ( 3,3).19,0
10 . 10 .
2(208,83 3,5. ) 208,83 3,5. 0,44.19,0 1,5.3,3
h h
q
h h
− −

14,095 3,3
14,095
208,83 3,5.14,095
x
−
−
−
=
198,669 1,177x
−
 Kiểm tra độ bền thấm:
Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm
bảo được nhờ 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 một điểm bất kỳ trong thân đập
hoặc nền.
 Với thân đập
Cần đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
3 2
1 3
13,59 6,5
0,0442
214,92 4,0.13,59
d
K
h h
J
L m h
−

K
S
h h
J
L L T m h
−
−
= = =
+ + − + + −
[J
K
]
n
Tra trong bảng P3-2 => [J
K
]
n
= 0,8
 Thoả mãn điều kiện thấm của nền đập
b) Trường hợp 2: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHL max.
 Xác định lưu lượng thấm:
Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a
0
, ta có hệ phương trình sau
để xác định q và h
3
.
1 3
1 3
( )

-6
m/s)
K
n
– hệ số thấm của nền (K
n
= 10
-5
m/s)
h
1
– cột nước trước đập.
h
1
= MNLTK – Z
đáy đập
= 132,0 – 99,5 = 32,5 (m)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 20
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
[ ]
n
K
n
K
JJ ≤

L
s
– chiều dài sân trước (L
s
= 150,0 m)
Từ đó, tính được:
5
3
3
(32,0 ).19,0
10 .
0,44.19,0 150,0 4,0.
h
q
h
−
−
=
+ +
;
2 2
6 5
3 3
3 3
5,2 ( 5,2).19,0
10 . 10 .
2(214,92 4,0. ) 214,92 4,0. 0,44.19,0 1,25.5,2
h h
q
h h

2
15,85 2,8
15,85
214,92 4,0.15,85
x
−
−
−
=
251,2225 1,6063x−
 Kiểm tra độ bền thấm:
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 21
Đồ án Thủy công I GVHD: Th.S Đỗ Thị Kim Anh
Cần đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
3 2
1 3
15,85 5,8
0,065
214,92 4.15,85
d
K
h h
J
L m h
−
−
= = =
− −
[J

Tra trong bảng P3-2.
[J
K
]
n
= 0,8  Thoả mãn điều kiện thấm của nền đập
2.3.3. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi
Với lưu lượng đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền không thấm,
hạ lưu không có nước, thoát nước kiểu áp mái.
a) Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là MNHLBT.
 Tính lưu lượng thấm.
Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h
3
, a
0
được xác định từ hệ
phương trình sau.
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 22
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤
[ ]
d
K
d
K
JJ ≤

= 10
-9
m/s)
- h
1
: Cột nước trước đập.
h
1
= MNDBT – Z
mặtcắt
= 128 – 124,1 =3,9(m)
- sin α = 0,2747
- m
1
: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m
1
= 3,5)
- m
2
: Hệ số mái dốc mái hạ lưu. (m
2
=3,0)
- L : Chiều dài đáy đập (L = 57,61m)
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Trang 23
αδ
−−
=
sin.2
Zhh
Kq

- Z
0
= δ.cosα = 3,5x0,9615 = 3,3653 (m)
Thay các giá trị vào hệ phương trình ta có:
( )
2 2 2
9
3
2 2
6
3 0
3 0
6
0
3,9 3,3955
10
2.3,5.0,2747
10
2 57,61 3,5. 3,0.
10
3,0 0,5
h
q
h a
q
h a
a
q
−
−

= 0,00668 (m)
 Phương trình đường bão hoà.
Trong hệ trục như sơ đồ thấm ta có phương trình bão hoà:
9
2 2
3
6
2. 2.1,91.10
. 0,462
10
0,2134 0,00382
d
q
y h x x
K
y x
−
−
= − = −
⇔ = −
 Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt.
Trong đó:
3
1 3
0,462
0,0082
. 57,61 3,0.0,462
Kd
h
J

Lưu lượng thấm qua thân đập (2)
Lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu. (3)
Chọn mặt cắt sườn đồi tính toán tại cao trình : +124,1 m
Trong đó:
- q : Lưu lượng thấm .
- K
d
: Hệ số thấm của đập (K
d
= 10
-6
m/s)
- K
0
: Hệ số thấm của vật liệu làm tường nghiêng (K
0
= 10
-9
m/s)
- h
1
: Cột nước trước đập. h
1
= MNLTK–Z
mặtcắt
= 132–124,1 =7,9(m)
- sin α = 0.2747
- m
1
: Hệ số mái dốc mái thượng lưu. (m

2
1
0
( )
0231
2
0
2
3
d
amhmL2
ah
Kq
−−
−
=
5,0m
a
Kq
2
0
d
+
=