Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học "Thiết kế đập đất và cống ngầm lấy nước dưới đập đất" được thực hiện bởi sinh viên Đinh Văn Hùng (lớp K59A-KTCTXD, Khoa Cơ điện & Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam) dưới sự hướng dẫn chuyên môn của ThS. Lê Thị Huệ. Đề tài thuộc chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình, chuyên sâu về thiết kế cụm công trình thủy lợi đầu mối quy mô vừa và nhỏ.

Lý do chọn đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tiễn tại lưu vực sông S. Đây là vùng sản xuất nông nghiệp tập trung có nhu cầu sử dụng nước tưới và nước sinh hoạt rất lớn. Tuy nhiên, chế độ thủy văn của sông S có sự phân hóa mạnh mẽ theo mùa: vào mùa kiệt, lưu lượng dòng chảy không đáp ứng đủ nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt và canh tác; ngược lại vào mùa lũ, mực nước dâng cao gây ngập úng nghiêm trọng cho các vùng dân cư và diện tích đất canh tác ở hạ du. Tình trạng biến động nguồn nước đã cản trở sự phát triển kinh tế và ổn định đời sống dân sinh trong khu vực. Do đó, việc xây dựng hồ chứa H trên sông S là nhiệm vụ cấp thiết nhằm điều tiết dòng chảy và khai thác tổng hợp nguồn nước.

Mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật của cụm đầu mối hồ chứa H bao gồm:

  1. Cung cấp nước tưới ổn định cho 2.650 ha đất canh tác nông nghiệp.
  2. Cung cấp nước sinh hoạt phục vụ cho 5.000 người dân ở vùng hạ du.
  3. Kết hợp nuôi trồng thủy sản trong lòng hồ, cải tạo vi khí hậu, tạo cảnh quan môi trường sinh thái và phát triển du lịch.

Để hoàn thành các nhiệm vụ trên, cụm công trình đầu mối hồ chứa H được quy hoạch với 3 hạng mục xây dựng chủ yếu:

  1. Một đập chính bằng đất ngăn sông để tích nước và điều tiết dòng chảy.
  2. Một đường tràn tự động tháo lũ sang lưu vực lân cận để bảo vệ an toàn công trình đầu mối.
  3. Một cống ngầm lấy nước đặt dưới thân đập dẫn dòng phục vụ tưới và sinh hoạt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

  • Đối tượng: Thiết kế kỹ thuật đập đất đồng chất kết hợp thiết bị chống thấm và cống ngầm lấy nước dưới đập.
  • Phạm vi nghiên cứu: Tài liệu tính toán được thiết lập theo phương án Đề số 18 – Sơ đồ B. Thuyết minh tập trung giải quyết chi tiết các bài toán kỹ thuật của công trình đập chính tại tuyến đập C–C, bao gồm xác định quy mô kích thước, tính toán thấm thủy lực và phân tích ổn định trượt mái dốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết, quy chuẩn và tài liệu kỹ thuật được tác giả sử dụng làm căn cứ tính toán bao gồm:

  • Quy phạm thiết kế đập đất QPVN 11–77: Áp dụng tra cứu hệ số an toàn ổn định cho phép, tần suất gió tính toán và các tổ hợp tải trọng thiết kế.
  • Quy phạm thiết kế công trình thủy lợi QPTL–78: Áp dụng trong việc xác định các yếu tố sóng leo trên mái dốc và điều kiện an toàn chống tràn.
  • Giáo trình Thủy công (Tập 1) và Sách hướng dẫn Đồ án Thủy công (Trường Đại học Thủy lợi): Cơ sở phương pháp luận tính toán các yếu tố sóng nước sâu, phân đoạn dòng thấm và kiểm tra ổn định khối trượt.

Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật thực tế được áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp số liệu địa hình, địa chất, khí tượng và thủy văn để lựa chọn tuyến đập và cấp công trình.
  • Phương pháp thủy lực sóng nước sâu: Tính toán các đặc trưng sóng (chiều cao sóng trung bình, chu kỳ sóng, bước sóng) và chiều cao sóng leo ứng với tần suất bảo đảm $P = 1%$ bằng cách tra đồ thị không thứ nguyên.
  • Phương pháp phân đoạn thủy lực (Hydraulic section method): Thiết lập hệ phương trình cân bằng lưu lượng để giải bài toán thấm ổn định qua thân đập và nền bão hòa nước, xác định tọa độ đường bão hòa.
  • Phương pháp phân dải cung trượt trụ tròn của Ghecxêvanốp: Tính toán hệ số an toàn ổn định mái đập $K$, trong đó khối trượt được chia thành các dải thẳng đứng và áp lực thấm được quy đổi thành lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt hướng vào tâm.
  • Phương pháp đồ giải Filennít (Fellenius) và V. Fanđêép: Định vị vùng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất trên mặt cắt hạ lưu đập.

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ thiết kế:

Hạng mục dữ liệu Thông số kỹ thuật ghi nhận trong đồ án
Địa hình và tuyến công trình Tuyến đập C–C đi qua đỉnh hai quả đồi đối xứng cao trình 155 m, thắt hẹp lòng sông
Địa chất nền lòng sông Tầng bồi tích thấm nước dày $T = 11\text{ m}$; nền đá gốc rắn chắc nứt nẻ trung bình, lớp phong hóa dày $0,5 - 1,0\text{ m}$
Mực nước hồ chứa $\text{MNC} = 65,5\text{ m}$; $\text{MNDBT} = 87,5\text{ m}$; $\text{MNDGC} = 100,5\text{ m}$
Mực nước hạ lưu $\text{MNHL}{\text{bình thường}} = 62,0\text{ m}$; $\text{MNHL}{\text{max}} = 64,5\text{ m}$
Chế độ gió và đà sóng Đà sóng $D = 2,8\text{ km}$ ($\text{MNDBT}$) và $D' = 3,1\text{ km}$ ($\text{MNDGC}$); Vận tốc gió $V_{2%} = 32\text{ m/s}$, $V_{50%} = 12\text{ m/s}$
Chỉ tiêu đất đắp thân đập Đất thịt pha cát: hệ số rỗng $n = 0,35$; độ ẩm $W = 20%$; lực dính $C_{\text{tn}} = 23\text{ T/m}^2$, $C_{\text{bh}} = 20\text{ T/m}^2$; góc ma sát trong $\varphi_{\text{tn}} = 3,0^\circ$, $\varphi_{\text{bh}} = 2,4^\circ$; hệ số thấm $K_{\text{đ}} = 10^{-5}\text{ m/s}$
Chỉ tiêu đất sét chống thấm Hệ số rỗng $n = 0,42$; độ ẩm $W = 22%$; lực dính $C_{\text{tn}} = 17\text{ T/m}^2$, $C_{\text{bh}} = 13\text{ T/m}^2$; hệ số thấm $K_0 = 4 \times 10^{-9}\text{ m/s}$
Mỏ vật liệu xây dựng Bãi A ($800.000\text{ m}^3$, cự ly 800 m); Bãi B ($600.000\text{ m}^3$, cự ly 600 m); Bãi C ($1.000\text{ m}^3$, cự ly 1 km); Bãi đất sét (cự ly 4 km); Mỏ đá hộc ($n = 0,35$, $\gamma = 2,5\text{ T/m}^3$, cự ly 8 km); Bãi cát sỏi làm tầng lọc (cự ly 3 km)
Thông số cống và kênh $Q_{\text{cống}} (\text{MNDBT}) = 3,5\text{ m}^3\text{/s}$; $Q_{\text{tk}} (\text{MNC}) = 4,1\text{ m}^3\text{/s}$; mực nước đầu kênh tưới $65,25\text{ m}$; kênh có $m = 1,5$, $n = 0,025$, $i = (3 - 5) \times 10^{-4}$

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Những vấn đề chung

Trong phần mở đầu, tác giả phân tích các điều kiện tự nhiên để lựa chọn tuyến công trình và giải pháp kết cấu đập:

  • Tuyến công trình: Tuyến C–C được chọn do nối liền hai mỏm đồi cao 155 m ở hai bên bờ sông, giúp khẩu độ chặn sông hẹp nhất, khối lượng đắp đập nhỏ nhất. Địa chất tại hai vai đồi là đá tương đối nguyên khối, lớp tàn tích mỏng và vị trí rất gần các bãi vật liệu tự nhiên.
  • Hình thức kết cấu đập: Tác giả quyết định chọn loại đập đất do có thể khai thác triệt để nguồn vật liệu tại chỗ (bãi A và B có tổng trữ lượng 1,4 triệu $\text{m}^3$), giảm thiểu chi phí xi măng và cốt thép, quy trình thi công đơn giản, yêu cầu xử lý nền không quá phức tạp và thuận tiện cho việc duy tu, nâng cấp sau này.
  • Nguyên tắc thiết kế đập đất: Phải bảo đảm độ ổn định tổng thể của thân đập và nền móng trong mọi giai đoạn làm việc; khống chế tổn thất lưu lượng thấm; ngăn chặn hiện tượng xói ngầm cơ học; bảo đảm độ vượt cao an toàn không để nước tràn đỉnh; có hệ thống thoát nước mưa và gia cố bề mặt mái đập.
  • Xác định cấp thiết kế công trình:
    • Căn cứ theo chiều cao công trình sơ bộ: Cao trình đỉnh đập dự kiến $Z_{\text{đỉnh}} = 92,5\text{ m}$, cao trình đáy đập sau khi bóc $1\text{ m}$ bùn đáy sông là $Z_{\text{đáy}} = 50\text{ m}$ (trừ tiếp $0,5\text{ m}$ lớp phong hóa mặt), cho chiều cao sơ bộ $H_{\text{đập}} = 43\text{ m}$. Đất nền thuộc nhóm B, tra Phụ lục P1–1 đồ án Thủy công xác định công trình thuộc cấp II.
    • Căn cứ theo năng lực phục vụ tưới 2.650 ha, tra Phụ lục P1–2 xác định công trình thuộc cấp III.
    • Theo nguyên tắc lấy cấp cao nhất để bảo đảm an toàn đầu mối, tác giả chọn cấp thiết kế của công trình là cấp II.
  • Các chỉ tiêu kỹ thuật khống chế cấp II: Tần suất lưu lượng và mực nước lũ thiết kế $P = 0,5%$; hệ số tin cậy $K_n = 1,20$; hệ số an toàn ổn định cho phép theo QPVN 11–77 đối với tổ hợp lực chủ yếu là $[K] = 1,30$ và tổ hợp lực đặc biệt là $[K] = 1,15$; độ vượt cao an toàn đỉnh đập trên mực nước đỉnh sóng $a = 0,7\text{ m}$ ứng với MNDBT và $a' = 0,5\text{ m}$ ứng với MNDGC.

Phần II: Xác định kích thước cơ bản của đập đất

Chương này giải quyết bài toán xác định mặt cắt hình học và các bộ phận phụ trợ của đập đất:

  • Tính toán cao trình đỉnh đập: Thực hiện so sánh qua hai tổ hợp tải trọng thủy văn và gió bất lợi nhất:
    • Tổ hợp 1 (ứng với MNDBT = 87,5 m và gió bão tính toán tần suất $P = 2%$, vận tốc $V = 32\text{ m/s}$, đà sóng $D = 2,8\text{ km}$, chiều sâu nước $H = 47,5\text{ m}$): Nước dềnh do gió $\Delta h = 0,0123\text{ m}$; chiều cao sóng trung bình $\bar{h} = 0,99\text{ m}$; chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm $1%$ là $h_{1%} = 1,98\text{ m}$; chiều cao sóng leo trên mái đá lát $h_{\text{sl}} = 2,0\text{ m}$; độ an toàn $a = 0,7\text{ m}$. Cao trình đỉnh đập tính toán: $$Z_1 = 87,5 + 0,0123 + 2,0 + 0,7 = 90,21\text{ m}$$
    • Tổ hợp 2 (ứng với MNDGC = 100,5 m và gió bình quân lớn nhất tần suất $P = 50%$, vận tốc $V' = 12\text{ m/s}$, đà sóng $D' = 3,1\text{ km}$, chiều sâu nước $H' = 60,5\text{ m}$): Nước dềnh do gió $\Delta h' = 0,0015\text{ m}$; chiều cao sóng trung bình $\bar{h}' = 0,37\text{ m}$; chiều cao sóng leo $h'_{\text{sl}} = 0,44\text{ m}$; độ an toàn $a' = 0,5\text{ m}$. Cao trình đỉnh đập tính toán: $$Z_2 = 100,5 + 0,0015 + 0,44 + 0,5 = 101,44\text{ m}$$
    • Lựa chọn cao trình thiết kế: Giá trị khống chế là $Z_{\text{đỉnh}} = \max(Z_1, Z_2) = 101,44\text{ m}$, làm tròn kỹ thuật lên cao trình $Z_{\text{đỉnh đập}} = 102,0\text{ m}$.
  • Kích thước cơ bản thân đập:
    • Chiều cao đập thiết kế: $H_{\text{đập}} = Z_{\text{đỉnh}} - Z_{\text{đáy}} = 102,0 - 50,0 = 52,0\text{ m}$.
    • Chiều rộng đỉnh đập: Do đỉnh đập không kết hợp đường giao thông cơ giới liên tỉnh, chiều rộng được chọn theo điều kiện thi công và quản lý khai thác là $B = 6,0\text{ m}$.
    • Hệ số mái dốc: Xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm với $H = 52\text{ m}$: mái thượng lưu chọn $m_1 = 4,0 - 5,0$; mái hạ lưu chọn $m_2 = 3,5 - 4,5$.
    • Cơ đập: Bố trí cơ đập ở mái hạ lưu tại cao trình $36,0\text{ m}$ (chênh cao $20\text{ m}$ so với đỉnh lăng trụ thoát nước), bề rộng mặt cơ $B_{\text{cơ}} = 3,0\text{ m}$ (quy phạm yêu cầu không nhỏ hơn $2,0\text{ m}$).
  • Thiết kế thiết bị chống thấm: Do chiều dày tầng bồi tích thấm nước lòng sông $T = 11\text{ m} > 10\text{ m}$, tác giả chọn giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét đầm chặt. Chiều dày đỉnh tường chọn $\delta_1 = 1,0\text{ m}$; chiều dày đáy tường và chân răng cắm vào tầng cách nước được tính toán với cột nước lớn nhất $H_{\text{max}} = 50,5\text{ m}$.
  • Thiết kế thiết bị thoát nước:
    • Đoạn lòng sông (có nước hạ lưu): Thiết kế lăng trụ đá hộc thoát nước. Chiều cao lăng trụ $H_{\text{lt}} = 16,0\text{ m}$ (vượt mực nước hạ lưu lớn nhất $1,5\text{ m}$); bề rộng đỉnh $b = 3,0\text{ m}$; hệ số mái trước và sau $m' = 1,5$; cao trình đỉnh lăng trụ là $66,0\text{ m}$.
    • Đoạn sườn đồi (không có nước hạ lưu): Bố trí thiết bị thoát nước kiểu tầng lọc áp mái.

Phần III: Tính toán thấm qua đập và nền

Nhiệm vụ tính toán thấm nhằm xác định lưu lượng rò rỉ qua thân đập, xác định tọa độ đường bão hòa phục vụ kiểm tra ổn định trượt và đánh giá khả năng bền thấm đặc biệt:

  • Trường hợp tính toán: Kiểm tra trạng thái làm việc thượng lưu ở MNDBT ($h_1 = 37,5\text{ m}$) và hạ lưu ở mực nước thấp nhất ($h_2 = 12,0\text{ m}$).
  • Mặt cắt đại biểu lòng sông (tầng thấm dày nhất $T = 11\text{ m}$):
    • Chiều dài đáy đập tính toán $L = 237,0\text{ m}$; hệ số thấm thân đập $K_{\text{đ}} = 10^{-5}\text{ m/s}$; hệ số thấm nền $K_n = 10^{-6}\text{ m/s}$; hệ số mái thượng lưu $m = 4,0$; hệ số mái lăng trụ $m' = 1,5$.
    • Thiết lập và giải hệ phương trình vi phân thấm theo phương pháp phân đoạn, xác định phương trình đường bão hòa trong thân đập.
    • Tọa độ đường bão hòa tính toán tại mặt cắt lòng sông:
Tọa độ khoảng cách $x$ (m) 10 20 30 40 50 60 70 80
Tọa độ mực nước thấm $y$ (m) 13,08 12,81 12,53 12,24 11,94 11,63 11,31 10,98
  • Kiểm tra độ bền thấm: Gradient thấm tính toán trong thân đập $J_{k\text{đ}} = 7,4$. Gradient thấm thực tế dưới nền $J_{kn} < [J_k]_n = 0,25$ (giá trị cho phép đối với cát hạt trung bình theo bảng tra P3–2). Nền và thân đập bảo đảm điều kiện bền thấm chống xói ngầm.
  • Mặt cắt đại biểu sườn đồi (đập đặt trên nền đá không thấm tại cao trình $81,5\text{ m}$):
    • Chiều cao đập tại mặt cắt $H = 14,5\text{ m}$; cột nước thượng lưu $h_1 = 6,0\text{ m}$; chiều dài đáy đập $L = 117,75\text{ m}$; thoát nước kiểu áp mái.
    • Kết quả giải hệ phương trình phân đoạn: Độ sâu cột nước thấm sau tường nghiêng $h_3 = 4,8\text{ m}$, chiều cao ra của dòng thấm tại nêm hạ lưu $a_0 = 0,025\text{ m}$.
    • Tọa độ đường bão hòa tính toán tại mặt cắt sườn đồi:
Tọa độ $x$ (m) 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105
Tọa độ $y$ (m) 4,79 4,78 4,77 4,75 4,74 4,73 4,71 4,70 4,68 4,67 4,66
  • Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt: Hệ số mái dốc $m = 4,0$ thỏa mãn điều kiện ổn định chống biến dạng thấm tiếp xúc.

Phần IV: Tính toán ổn định mái đập

Nội dung phần này tập trung phân tích khả năng chống trượt của mái dốc hạ lưu đập đất:

  • Khoanh vùng tâm trượt nguy hiểm: Kết hợp hai phương pháp giải tích hình học:
    • Phương pháp Filennít: Xác định phương đường thẳng $MM_1$ chứa tâm trượt dựa vào góc dốc mái hạ lưu ($m = 3,5$).
    • Phương pháp V. Fanđêép: Sơ bộ giới hạn vùng tâm trượt trong hình thang cong $CDEF$ khống chế bởi hai cung tròn có bán kính $r = 1,25H = 65,0\text{ m}$ và $R = 3,025H = 157,3\text{ m}$ xuất phát từ trung điểm mái hạ lưu.
    • Kết hợp hai phương pháp xác định được đoạn thẳng $AB$ có xác suất chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất.
  • Phương pháp phân dải Ghecxêvanốp:
    • Khối trượt giới hạn bởi cung tròn đi qua điểm chân đập $Q_1$ được chia thành các dải thẳng đứng có bề rộng $b = R / 10$.
    • Công thức tính toán hệ số an toàn ổn định $K$: $$K = \frac{\sum [C_n l_n + (N_n - W_n) \tan \varphi_n]}{\sum T_n}$$
    • Các thông số tính toán tải trọng: Dung trọng tự nhiên đất đắp $\gamma_{\text{tn}} = 1,944\text{ T/m}^3$; dung trọng bão hòa đất đắp $\gamma_{\text{bh}} = 1,97\text{ T/m}^3$; dung trọng bão hòa đất nền $\gamma_{\text{bh nền}} = 1,98\text{ T/m}^3$; dung trọng tự nhiên đá lăng trụ $\gamma_{\text{đá}} = 2,50\text{ T/m}^3$; dung trọng bão hòa đá $\gamma_{\text{bh đá}} = 2,85\text{ T/m}^3$.
    • Lực dính đơn vị $C_n$: Điểm trên đường bão hòa lấy $C = 3,0\text{ T/m}^2$; điểm dưới đường bão hòa trong thân đập lấy $C = 2,4\text{ T/m}^2$; điểm trong khối đá lăng trụ lấy $C = 0\text{ T/m}^2$; điểm trong tầng đất nền lấy $C = 0,7\text{ T/m}^2$.
    • Tác giả lập bảng tính toán chi tiết lực pháp tuyến $N_n$, lực tiếp tuyến gây trượt $T_n$, áp lực kẽ rỗng $W_n$ cho từng dải trượt qua 4 tâm cung trượt giả thiết $O_1, O_2, O_3, O_4$ để vẽ đường bao xác định hệ số an toàn nhỏ nhất $K_{\text{min}}$.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả kỹ thuật chủ yếu đạt được trong đồ án:

Thông số thiết kế Giá trị tính toán phê duyệt trong đồ án
Cấp công trình thủy lợi Cấp II ($P_{\text{tk}} = 0,5%$, $K_n = 1,20$)
Cao trình đỉnh đập $Z_{\text{đỉnh}} = 102,0\text{ m}$ (khống chế bởi tổ hợp MNDGC kèm gió bình quân $Z_2 = 101,44\text{ m}$)
Chiều cao đập lớn nhất $H_{\text{đập}} = 52,0\text{ m}$
Chiều rộng đỉnh đập $B = 6,0\text{ m}$
Mái dốc thân đập Mái thượng lưu $m_1 = 4,0$; Mái hạ lưu $m_2 = 3,5$
Kích thước cơ hạ lưu Cao trình cơ $36,0\text{ m}$; Bề rộng cơ $B_{\text{cơ}} = 3,0\text{ m}$
Thiết bị chống thấm thân và nền Tường nghiêng đất sét (dày đỉnh $1,0\text{ m}$) kết hợp sân phủ đất sét
Thiết bị thoát nước lòng sông Lăng trụ đá hộc cao $16,0\text{ m}$ (đỉnh cao trình $66,0\text{ m}$, rộng $3,0\text{ m}$, mái dốc $m' = 1,5$)
Thiết bị thoát nước sườn đồi Tầng lọc ngược và thoát nước kiểu áp mái
An toàn thấm nền lòng sông Gradient thấm $J_{kn} < [J_k]_n = 0,25$ (đạt tiêu chuẩn bền thấm)

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Khai thác tối đa nguồn đất thịt pha cát tại chỗ từ hai bãi vật liệu gần (bãi A cách 800 m, bãi B cách 600 m) để đắp thân đập, giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển cơ giới.
  • Sử dụng phương án tường nghiêng kết hợp sân phủ đất sét đầm chặt để xử lý nền bồi tích thấm nước sâu ($T = 11\text{ m}$), giải quyết triệt để nguy cơ xói ngầm cơ học qua đáy đập mà không cần đào sâu thay toàn bộ nền lòng sông.
  • Phân vùng cấu tạo thoát nước theo điều kiện mực nước: áp dụng lăng trụ đá hộc chịu ngập cho đoạn lòng sông và thoát nước áp mái cho đoạn thềm sườn đồi khô ráo.

Đóng góp về mặt phương pháp tính toán:

  • Đồ án chuẩn hóa quy trình tính toán thiết kế đập đất chịu áp lực cao ($H = 52\text{ m}$, công trình cấp II) bằng cách kết hợp chặt chẽ giữa các công thức lý thuyết thủy lực sóng nước sâu, phương pháp giải tích phân đoạn dòng thấm và phương pháp phân dải Ghecxêvanốp kiểm tra trượt mái.
  • Đưa ra quy trình cụ thể trong việc khoanh vùng tâm trượt nguy hiểm qua hai bước lọc của Filennít và V. Fanđêép, giảm thiểu khối lượng thử nghiệm các cung trượt thủ công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế ghi nhận trong nội dung đồ án:

  • Về điều kiện tính thấm: Tác giả mới chỉ giải bài toán thấm cho một trường hợp cơ bản duy nhất (thượng lưu ở MNDBT, hạ lưu ở mực nước kiệt, hệ thống chống thấm làm việc bình thường). Các kịch bản bất lợi khác theo quy phạm như mực nước gia cường khi xả lũ lớn nhất, hiện tượng hồ rút nước đột ngột hoặc trường hợp tường nghiêng/thiết bị thoát nước bị hư hỏng cục bộ chưa được tính toán.
  • Về phạm vi kiểm tra ổn định trượt: Bài toán tính ổn định mái dốc mới dừng lại ở việc khảo sát các cung tròn đi qua một điểm ra duy nhất $Q_1$ ở chân đập hạ lưu, chưa mở rộng tìm kiếm các điểm ra khác trên thân đập và nền để xác định giá trị an toàn nhỏ nhất tuyệt đối $K_{\text{minmin}}$.
  • Về cơ cấu nội dung: Toàn bộ thuyết minh chi tiết trong tài liệu tập trung giải quyết Phần A (Thiết kế đập đất), phần tính toán kết cấu thủy lực và bố trí chi tiết của Phần B (Cống ngầm lấy nước dưới đập) chưa được trình bày đầy đủ trong văn bản.

Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo:

  • Mở rộng tính toán thủy lực cho các chế độ làm việc bất lợi của cống ngầm dưới đập (dòng chảy có áp và không áp qua cống).
  • Áp dụng các phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn (GeoStudio, SEEP/W, SLOPE/W) để kiểm chứng kết quả tính thấm và ổn định trượt so với phương pháp giải tích phân đoạn truyền thống.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật công trình xây dựng, Kỹ thuật tài nguyên nước, Xây dựng công trình thủy: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu về quy trình tính toán, trình bày thuyết minh đồ án môn học Thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ cũng như Đồ án Thủy công.
  • Kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi: Tham khảo trình tự lựa chọn giải pháp chống thấm cho đập đất xây dựng trên nền bồi tích có chiều dày thấm lớn ($T > 10\text{ m}$).

Các phần nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật cao nhất:

  • Phương pháp xác định cao trình đỉnh đập thông qua bài toán sóng leo nước sâu theo QPTL–78.
  • Bảng biểu tính toán chi tiết tọa độ đường bão hòa qua các mặt cắt đại biểu bằng phương pháp phân đoạn.
  • Trình tự lập bảng phân tích lực từng dải trượt theo phương pháp Ghecxêvanốp để xác định hệ số an toàn mái dốc.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình hồ chứa H có quy mô nhiệm vụ thiết kế như thế nào?
Hồ chứa H trên sông S phục vụ 3 mục tiêu chính: cấp nước tưới cho 2.650 ha đất canh tác nông nghiệp, cấp nước sinh hoạt cho 5.000 người dân hạ du, đồng thời kết hợp nuôi cá lòng hồ, bảo vệ môi trường sinh thái và phục vụ du lịch.

2. Vì sao công trình đập chính được xếp vào cấp thiết kế II thay vì cấp III?
Khi xét theo năng lực cấp nước tưới (2.650 ha), công trình thuộc cấp III theo Phụ lục P1–2. Tuy nhiên, khi xét theo chiều cao đập sơ bộ ($H_{\text{đập}} = 43\text{ m}$) trên nền đất dính nhóm B, công trình thuộc cấp II theo Phụ lục P1–1. Theo quy phạm thiết kế công trình thủy lợi, cấp thiết kế tổng thể được chọn theo chỉ tiêu cao nhất là cấp II nhằm bảo đảm an toàn tuyệt đối cho hạ du.

3. Cao trình đỉnh đập 102,0 m được khống chế bởi trường hợp tính toán nào?
Cao trình đỉnh đập được xác định từ giá trị lớn nhất giữa hai tổ hợp:

  • Tổ hợp 1 (MNDBT = 87,5 m + gió bão $P = 2%$): $Z_1 = 90,21\text{ m}$.
  • Tổ hợp 2 (MNDGC = 100,5 m + gió bình quân $P = 50%$): $Z_2 = 101,44\text{ m}$.
    Trường hợp 2 đóng vai trò khống chế ($101,44\text{ m}$), sau đó được làm tròn lên cao trình thiết kế $Z_{\text{đỉnh đập}} = 102,0\text{ m}$.

4. Giải pháp chống thấm cho thân và nền đập tại đoạn lòng sông được cấu tạo như thế nào?
Do tầng thấm bồi tích lòng sông dày $T = 11\text{ m} > 10\text{ m}$, đồ án áp dụng phương án tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét đầm chặt. Tường nghiêng có chiều dày đỉnh $1,0\text{ m}$, đáy tường và chân răng liên kết chặt với tầng cách nước; sân phủ kéo dài về phía thượng lưu để tăng chiều dài đường thấm, giúp giảm gradient thấm nền xuống mức cho phép ($J_{kn} < 0,25$).

5. Lăng trụ thoát nước hạ lưu ở lòng sông có kích thước hình học ra sao?
Lăng trụ thoát nước bằng đá hộc có chiều cao $H_{\text{lt}} = 16,0\text{ m}$ (vượt mực nước hạ lưu lớn nhất $64,5\text{ m}$ một khoảng $1,5\text{ m}$), bề rộng đỉnh lăng trụ $b = 3,0\text{ m}$, mái trước và mái sau có hệ số dốc $m' = 1,5$, cao trình đỉnh lăng trụ đạt $66,0\text{ m}$.

Kết luận

Đồ án môn học của sinh viên Đinh Văn Hùng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cho đập chính bằng đất thuộc cụm đầu mối hồ chứa nước H trên sông S. Các thông số mặt cắt đập cao $52,0\text{ m}$, cao trình đỉnh $102,0\text{ m}$, cùng hệ thống tường nghiêng, sân phủ sét và lăng trụ thoát nước đá hộc được xác định dựa trên quy chuẩn kỹ thuật chặt chẽ. Kết quả tính toán giải tích chứng minh công trình bảo đảm an toàn về lưu lượng rò rỉ, ổn định bền thấm dưới nền và an toàn trượt mái dốc theo tiêu chuẩn công trình thủy lợi cấp II.