Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY CÔNG
THIÊT KẾ ĐẬP ĐẤT
A . TÀI LIỆU CHO TRƯỚC :
I. Nhiệm vụ công trình :
Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau đây:
1. Cấp nước tới cho 2650 ha ruộng đất canh tác.
2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 hộ dân.
3. Kết hợp nuôi cá ở lòng, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ du lịch.
II. Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối :
1. Một đập chính ngăn sông.
2. Một đường tràn tháo lũ.
3. Một cống đặt dưới đập để lấy nước.
III. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản :
1. Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập.
2. Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập ; chỉ tiêu cơ lý ở của lớp bồi tích lòng sông
cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn trắc , mức độ nứt nẻ trung bình . lớp phong hoá dầy 0,5- 1 m.
3. Vật liệu xây dựng :
a) Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu:
A ( trữ lương 800.000m
3
cự ly 800m )
B (trữ lượng 600.000m
3
cự ly 600m )
C ( trữ lượng 1.000.000m
3
cự ly 1 km ).
Chất đất thuộc loại thịt pha cát , thấm nước tương đối mạnh , các chỉ tiêu nh ư bảng 1.
Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km , trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm.

nhiên
Bão
hòa
Đất đắp đập
(chế bị)
Sét
(chế bị)
Cát
Đất nền
0,35
0,42
0,40
0,39
20
22
18
24
23
17
30
26
20
13
27
22
3,0
5,0
0
1,0
2,4

0,05
0,35
3,00
0,08
0,40
5,00
4. Đặc trưng hồ chứa và các thông số kỹ thuật:
- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu: bảng 3
- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn H
max
= 3m
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%
P% 2 3 5 20 30 50
V(m/s) 32 30 26 17 14 12
- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D =1,5km ; ứng với MNDGC: D’ = 1,8km
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
Bảng 3 – Tài liệu thiết kế đập đất
Đề
số
Sơ
đồ
Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu (m)
D (km) MNC (m) MNDBT (m)
Bình
thường
Max
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
7 A 1,5 13,0 31,0 10 12,5
+ Mực nước dâng gia cường MNDGC = MNDBT + H

155m nằm đối
xứng nhau và thu hẹp lòng sông lại. Theo mặt cắt địa chất tuyến đập: tầng đá gốc của quả đồi
tương đối tốt, lớp phủ tàn tích mỏng .Tại khu vực 2 quả đồi đều có các bãi vật liệu thuận tiện
cho việc thi công. Do vậy ta chọn tuyến đập C-C đi qua 2 đỉnh của quả đồi như hình vẽ đã cho.
III. Chọn loại đập:
Theo tài liệu đã cho ta thấy: Tầng bồi tích lòng sông là tương đối mỏng. Về vật liệu địa
phương chủ yếu là đất như bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m
3
cự ly 800m), B(trữ lượng
600.000m
3
, cự ly 600m); C(trữ lượng 1.000.000m
3
, cự ly 1Km). Điều kiện khai thác dễ, thuận
tiện cho việc thi công. Vì vậy ta chọn loại đập đất.
Do đất đắp đập là thấm tương đối mạnh nên ta phải làm thiết bị chống thấm: Từ tài liệu
đã cho ta thấy trự lượng đất sét tại 1 bãi vật liệu cách công trình khoảng 4Km là khá nhiều, chất
lượng tốt. Đủ làm vật liệu chống thấm. Do vậy ta chọn đất sét làm vật liệu chống thấm.
Các loại vật liệu khác: Đá, cát, cuội sỏi ta dùng làm tầng lọc ngợc và bảo vệ mái sau khi
làm xong đập đất.
IV.Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1. Cấp công trình: xác định theo 2 điều kiện :
a) Theo chiều cao công trình và loại nền :
Cao trình đỉnh đập:
Z
đỉnh đập
= MNDGC + d với d = 1,5 3,0 chọn d =2 thay số ta có
Z
đ
= 34 + 2 = 36 (m)

- Theo quan hệ tài liệu cho :
P = 2 %
→
V = 32 m/s : MNDBT
P = 25 %
→
V = 15,5 m/s : MNDGC
B. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.
I. Đỉnh đập:
1. Cao trình đỉnh đập:
- Xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNDGC.
Z
1
= MNDBT +
h
∆
+ h
sl
+ a
Z
1
= MNDGC +
h
∆
’ + h
sl
’ + a
’
Trong đó:
h

ứng với gió lớn nhất V :
* Xác định
:h
∆
2
6
.
2.10 . .cos
s
V D
h
gH
α
−
∆ =

Trong đó:
V- Vận tốc gió tính toán lớn nhất ( ứng với p=2%) : V = 32(m/s)
D - Đà sóng ứng với MNDBT: D = 1,5.10
3
(m)
g- Gia tốc trọng trường (m/s
2
): g = 9,81(m/s
2
)
H- Chiều sâu nước trước đập (m)
H =
∇
MNDBT

. K
3
. K
4
. h
s1%
Trong đó:
h
s1%
- Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%;
K
1
, K
2
- các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối  /h
1%
và đặc trưng vật liệu gia cố mái
đập được tra ở bảng phụ lục P2-3;
K
3
- hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và hệ số mái nghiêng được tra ở bảng phụ lục P2-4;
K
4
- hệ số được xác định từ đồ thị hình P2-3.
Xác định h
s1%
- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu tức là : H
≥
0,5
λ

37,14
32
1500.81,9
22
==
V
gD
Ta tìm được cặp giá trị nhỏ nhất là:







=
=
87,0
007,0
2
V
tg
V
hg
⇒

81,9
32.007,0
2
=h

h
s1%
=K
1%
.
h
Trong đó: K
1%
tra theo đồ thị hình P2-2 ứng với
37,14
2
=
V
gD
và P =
1
%.
⇒
K
1%
= 2,1
chiều cao sóng ứng với mực nước đảm bảo P = 1% là :
h
s1%
=K
1%
.
h
= 2,1.0,73 = 1,53 (m)
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất

53,1
60,12
%1
==
h
λ
và sơ bộ chọn m = 3,5 tra trên đồ thị hình P2-3

suy ra
K
4
=1,15
Tra K

:  =0 tra bảng P
2-6
suy ra K


= 1
Vậy chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% là
h
sl1%
= K
1
.K
2
.K
3
.K

h
’
được xác định theo công thức sau
'2 '
' 6 '
'
2.10 cos
V D
h
gH
α
−
∆ =

Trong đó
V
’
: vận tốc gió lớn nhất với gió bình quân lớn nhất P
25%
suy ra V
’
= 15,5 m/s
D
’
đà sóng ứng với MNDGC
D
’
= D + 0,3km = 1500 + 300 = 1800 m
H
’

'
2.10 cos
V D
h
gH
α
−
∆ =
=
1
34.81,9
10.8,1.5,15
10.2
32
6−
= 0,003
* Xác định h
sl
’
:
Theo QPTL C1-78 , chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được tính như sau :
h
sl1%
’
= K
1
’
.k
2
’

’
: Hệ số tra ở bảng phụ lục P2-4.
K
4
’
: hệ số tra ở đồ thị hình P2-3.
K

‘
s
: hệ số phụ thuộc vào 
s
’
tra ở bảng P2-6.
Xác định h
sl1%
’
theo QPTL C1-78
Giả thiết trường hợp đang tính là sóng nước sâu ( H
’
 0,5 
’
)
Tương tự ta tính các giá trị không thứ nguyên :
50,73
5,15
1800.81,9
71,13670
5,15
3600.6.81,9

V
tg
V
hg
⇒

81,9
5,15.015,0
2
=h
= 0,37 (m)

77,2
81,9
5,15.75,1
==t
99,11
14,3.2
77,2.81,9
2
2
2
,
,
===
π
τ
λ
g
Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H’ > 0,5

2
- các hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối
,
%1
/ h∆
và đặc trưng vật liệu gia cố mái
đập được tra ở bảng phụ lục P2-3; chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá xây  =0,02 vậy
78,0
02,0
%1
,
=
∆
h
= 0,03 tra bảng P2-3 ( nội suy )
→
K’
1
= 0,87 ; K’
2
=0,77
Hệ số K’
3
tra P2-4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m.
Chọn sơ bộ hệ số mái: m = 35
Tra bảng P2-4 bằng cách nội suy ta được
→
K’
3
= 1,32 (V

1
.K’
2
.K’
3
.K’
4
.h’
s1%
= 0,87.0,77.1,32.1,52.0,78 = 1,05 (m)
Vậy Z
2
= MNDGC +
h
∆
’ + h’
sl
+ a’
= 34 + 0,003 + 1,53 + 1,0 = 36,53 (m)
Chọn cao trình đỉnh đập: Z
đỉnhđập
=(Z
1
, Z
2
)max = 36,53 (m). Lấy tròn 36,60 (m)
2. Bề rộng đỉnh đập:
Với công trình cấp II không làm đường giao thông chạy qua đỉnh đập nên ta lấy bề rộng
đỉnh đập là B = 10 m. để thi công thuận tiện và phù hợp với chiều cao đập.
II. Mái đập và cơ:

thấm cho thân đập và nền.
- Nếu tầng thấm tương đối mỏng (T
5m≤
) có thể chọn các thiết bị chống thấm cho đập
và cho nền thích hợp sau:
+ Chống thấm kiểu tường nghiêng + chân răng (cắm xuống tận tầng không thấm).
+ Chống thấm kiểu tường lõi + chân răng.
- Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phương án hợp lý là dùng thiết bị chống thấm kiểu
tường nghiêng + sân phủ.
Theo đề bài hình C đo trên hình vẽ ta được chiều dầy chưa bóc bỏ lớp trên được T = 5 m
do lớp đất dưới đáy đập có bồi tích lòng sông có hệ số thấm lớn lên ta phải bóc bỏ đi 1 m
⇒
chiều dầy thực của tầng thấm là T = 5 - 1 = 4 m < 5m. Ta chọn phương án: Dùng
thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng chân răng.
1. Chọn sơ bộ kích thước ban đầu:
a) Chiều dày tường nghiêng :
- Trên đỉnh:
1
0,8m
δ
≥
.Chọn
1
1m
δ
=
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
- Dưới đáy:
[ ]
J

= 4,2
- Chọn
2
δ
= 5 m
b) Cao trình đỉnh tường nghiêng:
Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu.
Chọn cao trình đỉnh tường nghiêng
≡
cao trình đỉnh đập đất.
c) Chiều dày chân răng:
-Chọn như đối với đáy tường nghiêng. Ngoài ra còn đảm bảo điện kiện nối tiếp đều đặn
giữa tường nghiêng với chân răng.
-Do hệ số mái thượng lưu là:
,
m
=cotg
,
α
=
6,36
46,36.4 +
= 4,11 =>
α
= 13
o
40’
⇒
chiều phía dày chân răng trên là:
,,

- Hạ lưu có nước
- Chiều sâu nước hạ lưu:
H
HL max
= MNHL
max
- Z
đáy
= 12,5 - 0 = 12,5 (m)
H
HLBT
= MNHLBT - Z
đáy
= 10 - 0 = 10 (m)
Với chiều sâu mức nước hạ lưu không quá lớn ta chọn thoát nước kiểu lăng trụ.
- Độ vượt cao của đỉnh lăng trụ so với mực nước hạ lưu max từ (1-2) m.
Chọn 1,5m
- Do đó chiều cao lăng trụ h
lt
= 12,5 + 1,0 = =13,5(m)
- Bề rộng đỉnh lăng trụ b
≥
2m chọn b = 3 m
- Mái trước và mái sau của lăng trụ chọn m’ =1,5
2. Đoạn sườn đồi:
Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước. sơ đồ đơn giản nhất là thoát nước kiểu áp
mái.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
MẶT CẲT THÂN ĐẬP GIỮA LÒNG SÔNG
1000

tổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thích hợp .
Xác định vị trí đường bão hòa ,từ dó tìm được áp lực thấm dùng trong tính toán ổn đinh
mái dốc của đập.
Xác định Gradien thấm (hoặc lưu tốc thấm ) của dòng chảy trong thân , nền đập , nhất là
ở chỗ dòng thấm thoát ra ờ hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm , đẩy trồi đất và xác định
kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược.
3. Các trường hợp tính toán:
Trong thiết kế đập đất cần tính thấm cho các trường hợp làm việc khác nhau của đập.
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng.
- Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng.
- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột
- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
- Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng.
Ta chỉ tính thấm cho trường hợp thứ nhất. ,thiết bị chống thấm làm việc bình thường
Thượng lưu là MNDBT: H
1
= MNDBT - Z
đáy
= 31 – 0 = 31(m)
Hạ lưu là mực nước min: H
2
= MNHLBT - Z
đáy
= 10 - 0 = 10 (m)
Thiết bị thoát nước chọn loại lăng trụ. Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng.
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
II. Tính thấm cho mặt cắt lòng sông
1. Phương pháp tính toán:
Có nhiều phương pháp tính toán thấm , thông dụng nhất là phương pháp phân tích lý
luận , đồ giải , và thí nghiệm.

5
K
d
K
0
h
3
t =18,9m
h
1
= 31 m
T=2m
h
2
= 10m
-4
+0.00
+36.6
+31
+10
L
m
1
h
3
y
MNDBT
1
1 2
2

−
+
−−
= T
t
hhZhh
Kq
31
2
0
2
3
2
1
0
sin.2
αδ
Đoạn 2 : Thấm qua đập.
( )
( )
ThmL
Thh
k
mhL
hh
Kq
nd
44,0
2
2

: Chiều dày trung bình của tường nghiêng = 3 m
t: Chiều dày trung bình của chân răng t = 18,90 m
h
1
= 31 m
h
2
= 10 m
m: Hệ số mái thượng lưu = 4
m
2
: Hệ số mái hạ lưu = 3,5
m’: Hệ số mái lăng trụ thoát nước = 1,5
Z
0
=
δ
.cos
α
= 3.cos14
o
2’ = 2,91 (m)
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
L = 36,6 . 4 + 10 + 36,6 . 3,5 - (13,5 - 0 ).3,5 + 3 – (13,5 – 10 ).1,5 = 235,00 (m)
sin
α
= sin 14
o
2’ = 0,2425
Thay và giải hệ phương trình:

4.10
.10
4235.2
10
10
3
6
3
2
3
5
2
+−
−
+
−
−
=
−−
h
h
h
q
Dùng phương pháp thử dần ta tìm được :
h
3
= 11,78 (m)
q = 2,25.10
-6
(m/s)

- Với thân đập cần bảo đảm điều kiện:
[ ]
dk
d
k
JJ ≤
Trong đó:
=
−
−
=
−
−
=
78.,11.4235
1078,11
2
23
mhL
hh
J
d
k
0,0097
[J
k
đ
] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình theo Trugaep.
Tra phụ lục P3-3 với loại đất cát pha
ta được [J

23
=
+−
−
=
+−
−
=
ThmL
hh
J
n
k
[J
k
n
] phụ thuộc loại đất nền và cấp công trình lấy theo Trugaep. Tra bảng P3-2 tra theo
loại đất cát hạt trung bình với công trình cấp II ta được [J
k
n
] = 0,25.
Vậy J
k
n

≤
[J
k
n
]. Nên nền đảo bảo ổn định thấm.

+ Hệ số thấm của thiết bị chống thấm K
o
= 4.10
-9
m/s
+
δ
: Bề dày trung bình của tường nghiêng = 3 m
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
SƠ ĐỒ TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT SƯỜN ĐỒI
Z
o
m
1

=

4
m
2

=

3
,
5
K
d
K
0






=
−−
−
=
−−
=
−
−
−
4
10
5,341,1862
10
214sin.3.2
91,248,17
10.4
0
5
03
2
0
2
3
5
,

k
d
= − = −
c) Kiểm tra độ bền thấm:
Cần đảm bảo điều kiện: J
k
đ

≤
[J
k
đ
]
Trong đó:
=
−
=
−
=
1,5.41,186
1,5
31
3
hmL
h
J
d
k
0,031
Vậy J

q K
m
δ α

− −
=



−

=

− −


=

+


Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
D. Tính toán mái đập
I. Trường hợp tính toán
Theo quy phạm, khi thiết kế đập đát, cần kiểm tra ổn định các trường hợp sau:
1. Cho mái hạ lưu.
- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị
chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản)
- Khi thượng lưu có MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá
hoại (tổ hợp đặc biệt)

M
H
d
=36,6
a
b
c
d
A
B
85°
Đồ án Thủy Công – Thiết kế đập đất
b)Phương pháp Fanđeeps
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ.
Các trị số bán kính r, R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập H
đ
, tra ở bảng 6-6
giáo trình thủy công. Với m = 3,5
R/H = 3,025.
⇒
R = (R/H).H = 3,025.36,6 = 110,72 (m)
r/H = 1,25
⇒
r = (r/H).H = 1,25.36,6 = 45,75 m
Kết hợp cả 2 phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy
hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả thiết các tâm O
1
, O
2
, O

1
ở chân đập.Với các điểm Q
2
, Q
3
ở
trên mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự ta cũng tìm được trị số K
min
tương ứng. Vẽ biểu đồ
quan hệ giữa K
min
với các điểm ra của cung Q
i
ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất K
min min
cho
mái đập.Trong đồ án này chỉ yêu cầu K
min
ứng với một điểm ra Q
1
ở chân đập.
2. Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ
Theo công thức của Ghecxevanốp: Với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực
thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm.
Sơ đồ hình:
Chia khối trượt thành các dải có số dảI là n chiều rộng mỗi dảI là b
trong đó b được xác định như sau : b = R/m
m là hệ số hiệu quả ta chọn m = {10 20}
chọn m = 10
Ta có công thức tính toán sau: K =