Bài giảng Kỹ thuật tài nguyên nước (Phần 1)

 Trƣờng Cao đẳng Công nghệ - Kinh tế và Thủy lợi Miền Trung 
 GIÁO TRÌNH 
KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƢỚC 
 Hệ Cao đẳng 
 Ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước 
 Nhóm tác giả: 
 ThS. Vũ Hoàng An - KS. Lê Tấn Sơn - KS. Lê Ngọc Nhuận 
 KS. Đặng Quốc Trịnh - KS. Phạm Ngọc Dũng 
 Hội An - 2011 
 LỜI NÓI ĐẦU 
 Giáo trình Kỹ thuật tài nguyên nước được viết với sự lựa chọn các nội dung phù hợp với 
chương trình của bậc học Cao đẳng Ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước. Trong giáo trình đã đề cập 
những kiến thức và thông tin về tài nguyên nước, các hình thức công trình thủy thường gặp. 
 Giáo trình được viết nhằm cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản về tài nguyên 
nước, các biện pháp khai thác và sử dụng tài nguyên nước, các loại công trình thuỷ; hình thức bố 
trí, cấu tạo và một số nội dung tính toán chính của đập đất, đập bêtông trọng lực, công trình tháo 
và dẫn nước, công trình thủy điện. 
 Nội dung giáo trình gồm 9 chương. 
 Chương 1. Tài nguyên nước và các giải pháp kỹ thuật tài nguyên nước. 
 Chương 2. Cơ sở thiết kế công trình thủy. 
 Chương 3. Nguyên lý tưới, tiêu nước và phòng chống xói mòn. 
 Chương 4. Công trình dâng nước. 
 Chương 5. Công trình tháo lũ - Cửa van. 
 Chương 6. Công trình lấy nước. 
 Chương 7. Công trình dẫn nước. 
 Chương 8. Tính toán ổn định và cường độ một số bộ phận công trình. 
 Chương 9. Công trình thủy điện. 
 Trong đó: 
 Chương 4 và Chương 6 do ThS. Vũ Hoàng An biên soạn. 
 Chương 1 và Chương 3 do KS. Đặng Quốc Trịnh biên soạn. 
 Chương 2, Chương 5, Chương 7 và Chương 8 do KS. Lê Ngọc Nhuận biên soạn. 
 Chương 9 do KS. Lê Tấn Sơn và KS. Phạm Ngọc Dũng biên soạn. 
 Giáo trình được dùng làm tài liệu, học tập cho sinh viên bậc Cao đẳng Ngành Kỹ thuật 
Tài nguyên nước. Giáo trình cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên Ngành Kỹ 
thuật Xây dựng công trình thuỷ. 
 Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng Công nghệ - Kinh tế và 
Thủy lợi Miền Trung đã tích cực ủng hộ và tạo điều kiện để giáo trình được xuất bản, các đồng 
nghiệp đã đóng góp những ý kiến quý báu cho việc hoàn thành bản thảo của giáo trình. 
 Nhóm tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của bạn đọc. Các ý kiến 
xin gửi Khoa Kỹ thuật Công trình và Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước Trường Cao đẳng Công 
nghệ - Kinh tế và Thủy lợi Miền Trung. 
 Xin chân thành cảm ơn. 
 Nhóm tác giả. 
 MỤC LỤC 
CHƢƠNG 1. TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƢỚC .... 1 
1.1. TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ TÀI NGUYÊN NƢỚC ................ 1 
 1.1.2. Tài nguyên nước trên trái đất ............................................................................................ 2 
 1.1.3. Tài nguyên nước ở Việt Nam [10] ...................................................................................... 3 
 1.1.4. Những vấn đề cơ bản về tài nguyên nước ........................................................................ 4 
 1.1.5. Ý nghĩa của việc nghiên cứu tài nguyên nước.................................................................. 5 
1.2. NHU CẦU VỀ NƢỚC TRONG SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG ........................................................ 6 
 1.2.1. Nhu cầu dùng nước của sản xuất và đời sống .................................................................. 6 
 1.2.2. Nhu cầu thoát nước ......................................................................................................... 12 
 1.2.3. Yêu cầu phòng tránh và hạn chế tác hại do nước gây ra: ............................................... 14 
 1.2.4. Bảo vệ nguồn nước ......................................................................................................... 14 
1.3. GIẢI PHÁP KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN NƢỚC .............................................. 15 
 1.3.1. Biện pháp điều tiết - phân phối lại nguồn nước .............................................................. 15 
 1.3.2. Hệ thống tưới, tiêu nước phục vụ nông nghiệp .............................................................. 16 
 1.3.3. Hệ thống cấp thoát nước phục vụ sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản .............................. 21 
 1.3.4. Biện pháp phòng tránh và hạn chế tác hại do nước gây ra ............................................. 28 
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY .......................................................................... 29 
2.1. PHÂN LOẠI VÀ PHÂN CẤP CÔNG TRÌNH THỦY ................................................................... 29 
 2.1.1. Phân loại công trình thủy ................................................................................................ 29 
 2.1.2. Phân cấp công trình thủy ................................................................................................ 30 
2.2. QUY TRÌNH KHẢO SÁT, THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY................................................... 31 
 2.2.1. Khái quát về trình tự xây dựng cơ bản ........................................................................... 31 
 2.2.2. Trình tự, nội dung công tác thiết kế ................................................................................ 31 
 2.2.3. Hồ sơ thiết kế .................................................................................................................. 32 
2.3. TÀI LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TOÁN TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY ........ 32 
 2.3.1. Tài liệu dùng trong thiết kế công trình thủy ................................................................... 32 
 2.3.2. Các nội dung cần tính toán trong thiết kế công trình thủy ............................................. 33 
 2.3.3. Nguyên lý tính toán công trình thủy theo trạng thái giới hạn ......................................... 34 
2.4. TẢI TRỌNG, TÁC ĐỘNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH THỦY ..... 34 
 2.4.1. Tải trọng và tác động tác dụng lên công trình thủy ........................................................ 34 
 2.4.2. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên công trình thủy ............................................................... 35 
2.5. TÍNH TOÁN SÓNG ............................................................................................................................... 36 
 2.5.1. Sóng và các yếu tố của sóng ........................................................................................... 36 
 2.5.2. Tính toán các yếu tố của sóng do gió gây ra .................................................................. 36 
 2.5.3. Tính toán áp lực sóng ..................................................................................................... 38 
2.6. TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT ................................................................................................................. 39 
 2.6.1. Áp lực đất lên tường chắn cứng ...................................................................................... 40 
 2.6.2. Áp lực đất lên ống chôn .................................................................................................. 44 
2.7. TÍNH TOÁN ÁP LỰC THẤM ............................................................................................................ 46 
 2.7.1. Khái quát chung về thấm trong công trình thủy ............................................................. 46 
 2.7.2. Tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng............................................................. 48 
2.8. TÍNH TOÁN MỘT SỐ TẢI TRỌNG KHÁC .................................................................................. 50 
 2.8.1. Áp lực của dòng chảy (Áp lực thuỷ động) ..................................................................... 50 
 2.8.2. Áp lực do gỗ trôi ............................................................................................................. 50 
CHƢƠNG 3. NGUYÊN LÝ TƢỚI, TIÊU NƢỚC VÀ PHÕNG CHỐNG XÓI MÒN ....................... 52 
3.1. NGUYÊN LÝ TƢỚI NƢỚC ................................................................................................................ 52 
 3.1.1. Khái niệm ....................................................................................................................... 52 
 3.1.2. Lượng nước hao mặt ruộng ............................................................................................ 53 
 3.1.3. Công thức tưới cho cây trồng ......................................................................................... 62 
 3.1.4. Xác định chế độ tưới cho cây trồng ................................................................................ 63 
 3.1.5. Xác định lưu lượng yêu cầu tưới tại mặt ruộng .............................................................. 71 
 3.1.6. Xác định lưu lượng yêu cầu tại đầu hệ thống tưới ......................................................... 72 
3.2. NGUYÊN LÝ TIÊU, THOÁT NƢỚC ............................................................................................... 79 
 3.2.1. Nhu cầu tiêu thoát nước và phương châm tiêu thoát nước ............................................. 79 
 3.2.2. Tính toán tiêu thoát nước cho đất nông nghiệp .............................................................. 81 
 3.2.3. Tính toán thoát nước cho đô thị và khu dân cư .............................................................. 85 
 3.2.4. Tính toán tiêu nước cho giao thông ................................................................................ 88 
 3.2.5. Tính toán tiêu nước cho các loại diện tích khác ............................................................. 88 
3.3. XÓI MÕN VÀ BIỆN PHÁP PHÕNG CHỐNG XÓI MÕN .......................................................... 89 
 3.3.1. Xói mòn và nguyên nhân sinh ra xói mòn ...................................................................... 89 
 3.3.2. Tác hại của xói mòn........................................................................................................ 90 
 3.3.3. Biện pháp phòng chống xói mòn, cải tạo đất bạc màu ................................................... 91 
 3.3.4. Biện pháp phòng chống bồi lắng .................................................................................... 93 
CHƢƠNG 4. CÔNG TRÌNH DÂNG NƢỚC ................................................................................................. 97 
4.1. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH DÂNG NƢỚC ............................................................................ 97 
 4.1.1. Đặc điểm ......................................................................................................................... 97 
 4.1.2. Điều kiện ứng dụng ........................................................................................................ 97 
 A. ĐẬP ĐẤT ....................................................................................................................... 98 
4.2. KHÁI NIỆM VỀ ĐẬP ĐẤT ................................................................................................................. 98 
 4.2.1. Ưu nhược điểm của đập đất ............................................................................................ 98 
 4.2.2. Phân loại ......................................................................................................................... 98 
 4.2.3. Nền đập đất ..................................................................................................................... 98 
 4.2.4. Vật liệu đắp đập .............................................................................................................. 99 
 4.2.5. Chọn loại đập .................................................................................................................. 99 
4.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ MẶT CẮT NGANG ĐẬP ĐẤT ..................................................................... 100 
 4.3.1. Nội dung thiết kế .......................................................................................................... 100 
 4.3.2. Đỉnh đập ....................................................................................................................... 100 
 4.3.3. Mái đập và cơ đập ........................................................................................................ 101 
 4.3.4. Gia cố mái thượng lưu .................................................................................................. 102 
 4.3.5. Gia cố mái hạ lưu .......................................................................................................... 103 
 4.3.6. Bộ phận chống thấm ..................................................................................................... 103 
 4.3.7. Bộ phận thoát nước ....................................................................................................... 104 
4.4. TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT VÀ NỀN ........................................................................... 105 
 4.4.1. Những vấn đề chung ..................................................................................................... 105 
 4.4.2. Công thức Dupuit ......................................................................................................... 106 
 4.4.3. Sơ đồ tính toán thấm ..................................................................................................... 106 
 4.4.4. Tính toán thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm ........................................ 108 
 4.4.5. Tính thấm qua đập đất trên nền thấm nước .................................................................. 109 
 4.4.6. Tính tổng lưu lượng thấm ............................................................................................. 110 
4.5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT ........................................................................................ 111 
 4.5.1. Hình thức mất ổn định của đập đất ............................................................................... 111 
 4.5.2. Trường hợp tính toán .................................................................................................... 112 
 4.5.3. Tính hệ số ổn định ........................................................................................................ 112 
 B. ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC .................................................................................. 116 
4.6. KHÁI NIỆM .......................................................................................................................................... 116 
 4.6.1. Đặc điểm ....................................................................................................................... 116 
 4.6.2. Phân loại ....................................................................................................................... 117 
4.7. MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC .......................................................... 117 
 4.7.1. Mặt cắt cơ bản của đập bêtông trọng lực ...................................................................... 117 
 4.7.2. Mặt cắt thực tế của đập bêtông trọng lực ..................................................................... 119 
CHƢƠNG 5.  ... cao phần đất nền của 
cột, lấy theo trọng lượng riêng bảo hòa của đất nền. 
 Trượt lực Gn xuống đáy cột và phân tích ra 2 thành phần: 
 - Thành phần pháp tuyến: Nn = Gn cos n 
 - Thành phần tiếp tuyến: Tn = Gn sin n 
 Trong đó n là góc nghiêng của tia On (nối tâm trượt 0 với điểm giữa của đáy cột thứ n) so 
với phương thẳng đứng. 
 Với cách đánh số cột như đã nêu trên, ta có: 
 nb n n 2
 sin cos 1 
 R m m 2
 Lực thấm đẩy ở đáy cột được xác định như áp lực thủy tĩnh: 
 b
 Wn h 
 cos n
 Trong đó: 
 : trọng lượng riêng của nước. 
 h: chiều cao phần đất bảo hòa nước của cột (khoảng cách thẳng đứng từ đường bảo hòa 
đến đáy cột). 
 Chiều của lực Wn hướng vào cung trượt, tức ngược chiều với lực Nn. Chính lực pháp tuyến 
 C n b
(Nn - Wn) gây ma sát tại đáy cột. Còn lực dính tại đáy cột là . Các lực ma sát và lực dính 
 cos n
gây ra mômen chống trượt, còn lực tiếp tuyến Tn gây ra mômen trượt. 
 114 
 Cn b 
 Mômen chống trượt: MC N n Wn tg n R 
 cos n 
 Trong đó n và Cn là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất tại đáy cột thứ n. 
 Momen gây trượt: Mt = Tn. R 
 Thay vào (4.29) ta có: 
 bC
  N W tg   n
 n n n cos 
 K n (4.30) 
 Tn
 Ngoài phương pháp nêu trên, còn có thể thiết lập công thức tính hệ số ổn định của cung trượt 
theo các phương pháp khác như: áp lực trọng lượng, phương pháp Bishop, Janbu 
 b. Tính hệ số an toàn nhỏ nhất (Kmin) 
 Trên đây mới chỉ lập được công thức tính K cho một cung trượt bất kỳ. Với mỗi trường hợp 
tính toán, cần xác định hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin. Sau đây là phương pháp kinh nghiệm để xác 
định nhanh Kmin. 
 * Xác định vùng chứa tâm trượt nguy hiểm 
 - Phương pháp Philennit: Tâm trượt nguy 
hiểm nằm ở lân cận đường MM1, trong đó 
điểm M nằm ở độ sâu bằng H (chiều cao của 
 đ Bảng 4.4. Trị số của góc ,  
đập) và cách chân mái một khoảng bằng 
 m m 
4,5Hđ về phía mái đối diện. Điểm M1 là giao (độ)  (độ) (độ)  (độ) 
của 2 tia Ax và B1y (Hình 4.18). Tia Ax lập 1,0 37 28 3,0 35 25 
với phương ngang một góc ; tia B1y lập với 1,5 35 26 4,0 36 25 
 2,0 35 25 5,0 39 25 
phương của mái (trung bình) một góc . Trị 
số của và  phụ thuộc vào hệ số độ nghiêng 
m của mái đang xét, xác định theo (Bảng 4.4). 
 b 
 F 
 c 
 M1 
 a 
 r2 
 d 
 A r1 
 đ
 0
 H
 85  
 Kminmin 
 đ
 H
 M 
 4,5Hđ 
 Hình 4.18. Sơ đồ xác định tâm trượt nguy hiểm. 
 - Phương pháp Phanđêep: Coi tâm trượt nguy hiểm nằm trong phạm vi hình thang cong abcd 
(Hình 4.18) được xác định như sau: I là điểm giữa của mái trung bình; tia Ib thẳng đứng; tia Ic 
 115 
 0
lập với phương của mái một góc bằng 85 ; các cung ad và bc tương ứng có bán kính r1 và r2 xác 
định theo (Bảng 4.5). 
 Bảng 4.5. Trị số bán kính r1, r2 (Hđ: chiều cao đập). 
 m 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 
 r1/Hđ 0,75 0,75 1,0 1,5 2,2 3,0 
 r2/Hđ 1,5 1,75 2,3 3,75 4,8 5,5 
 Chú ý: Các phương pháp nêu trên mới chỉ là sơ bộ để định hướng. Vị trí tâm trượt nguy hiểm 
phụ thuộc nhiều vào địa chất nền, vật liệu đắp đập và có những trường hợp vị trí tâm trượt nguy 
hiểm không rơi vào các vùng nêu trên. 
 * Quy trình tìm tâm trượt nguy hiểm và Kmin 
 Đầu tiên ta xét các cung trượt có cùng một điểm ra ở chân mái (B1). Gọi E, F là giao của 2 
miền nêu trên, tức là phạm vi dễ tìm thấy tâm trượt nguy hiểm nhất. Trên đoạn này giả thiết các 
tâm 01, 02, 03 và tương ứng tìm được các hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3Vẽ biểu đồ quan 
hệ K0 (Hình 4.18) ứng với cực tiểu của biểu đồ này tìm được tâm nguy hiểm (Ví dụ: 02). Tại 
tâm này, kẻ đường vuông góc với đoạn EF trên đường đó lại giả thiết tiếp các tâm 04, 05 và 
cũng tìm được hệ số an toàn K tương ứng (K4, K5). Tiếp tục vẽ biểu đồ quan hệ K0 trên 
hướng này và tìm được cực tiểu của nó chính là tâm trượt nguy hiểm cần tìm, tương ứng với hệ 
số an toàn ổn định Kmin1. 
 Lặp lại các bước tương tự ứng với các cung trượt có cùng điểm ra là B2, B3, và vẽ biểu đồ 
quan hệ KminB ở chân mái (Hình 4.18). Cực tiểu của biểu đồ này chính là trị số Kmin cần tìm 
(ứng với trường hợp đang xét). 
 Do khối lượng tính toán lớn, hiện nay thường sử dụng các phần mềm máy tính khi kiểm tra ổn 
định mái đập. Phần mềm đang sử dụng rộng rãi là Geo-Slope của Canada. 
 Khi sử dụng các phần mềm tính ổn định, cần hiểu được các giới hạn của nó, và những quy 
định cụ thể về các chỉ tiêu của vật liệu đưa vào 
B. ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 
4.6. KHÁI NIỆM 
 Đập bê tông trọng lực là loại đập có khối lượng bêtông (hoặc đá xây) lớn và được giữ ổn định 
nhờ trọng lượng của bản thân. 
 Loại đập này thường được xây trên nền đá. Cũng có trường hợp đập xây trên nền đất, nhưng 
khi đó đáy đập phải mở rộng và phải xử lý khá tốn kém. 
4.6.1. Đặc điểm 
 - Có thể kết hợp tràn nước qua thân đập, do đó khi bố trí công trình đầu mối, không cần phải 
đặt đường tràn xả lũ ở ngoài thân đập. 
 - Vật liệu làm đập có độ bền cao, tính biến dạng nhỏ. 
 - Có thể bố trí dẫn dòng thi công qua đập đang xây dở. Việc thi công đập ít chịu ảnh hưởng 
của thời tiết hơn so với đập đất. 
 Một số điểm cần chú ý khi xây dựng loại đập này là yêu cầu về nền tương đối cao, bêtông 
khối lớn khó tỏa nhiệt nên cần bố trí khối đổ và các khe thi công hợp lý để tránh cho bê tông 
khỏi bị nứt nẻ do ứng suất nhiệt. 
 Trên thế giới, đập bê tông được sử dụng khá rộng rãi. Trong các đập xây dựng trong khoảng 
100 năm gần đây số lượng đập bê tông chiếm gần 50%. Đập bê tông trọng lực cao nhất hiện nay 
là đập Grand Diksans (Thụy Sĩ) cao 284m. 
 Ở Việt Nam, trước đây mới có một số đập bê tông (hoặc đá xây) tràn nước có chiều cao 
không lớn: đập Cầu Sơn, Bái Thượng, Thạch Nham Gần đây, một số đập bê tông trọng lực 
tương đối cao đã được xây dựng: đập Tân Giang (Ninh Thuận) 39,5m; đập Lòng Sông (Bình 
Thuận) 46m. 
 116 
 Về vật liệu làm đập trước đây sử dụng đá xây hoặc bê tông thường. Gần đây, công nghệ bê 
tông đầm lăn đã được phát triển và phổ biến rộng rãi. 
4.6.2. Phân loại 
 Theo kết cấu, đập bê tông có các loại sau: 
 1. Đập trọng lực đặc hay đập trọng lực truyền thống mặt cắt cơ bản thường là hình tam giác 
hay đa giác. Loại này có kết cấu đơn giản nhưng sử dụng nhiều vật liệu bê tông, kết cấu bê tông 
khối lớn khó tỏa nhiệt. Để khắc phục nhược điểm này, có thể xét đến các loại đập trọng lực cải 
tiến sau đây. 
 2. Đập trọng lực khe rỗng. Các đập thuộc loại này được chia thành nhiều đơn nguyên, giữa 
các đơn nguyên có khe mở rộng để giảm khối lượng bê tông, tăng khả năng toả nhiệt. 
 3. Đập có khoét lỗ lớn ở sát nền. Ngoài tác dụng tiết kiệm vật liệu và dễ tỏa nhiệt, lỗ lớn ở sát 
nền còn có thể kết hợp làm hành lang khoan phụt vữa vào nền, hành lang thoát nước thấm hay bố 
trí gian máy của trạm thủy điện (đối với các đập lớn). 
 4. Đập có neo vào nền. Các thép ứng suất trước đặt ở sát mặt thượng lưu đập được neo chặt 
vào nền đá tốt nên tăng cường được ổn định và loại trừ được khả năng sinh ứng suất kéo ở mặt 
này. Nhờ vậy bề rộng đáy đập có thể làm nhỏ hơn so với đập truyền thống. 
 5. Đập kiểu ngăn hộp. Với loại đập này, các vách của ngăn hộp là các tấm bê tông lắp ghép 
hoặc đổ tại chỗ, trong hộp được đổ đầy đất, đá để tăng trọng lượng cho đập, đảm bảo điều kiện 
ổn định chống trượt. 
4.7. MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC 
4.7.1. Mặt cắt cơ bản của đập bêtông trọng lực 
 Mặt cắt cơ bản của đập không tràn có hình dạng tam giác, áp lực thủy tĩnh ở phía thượng lưu 
tác dụng vào đập cũng là dạng tam giác. 
 Khi thiết kế mặt cắt cơ bản thường xuất phát từ ba điều kiện: 
 - Điều kiện ổn định: Bảo đảm hệ số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất không 
nhỏ hơn trị số cho phép. 
 - Điều kiện ứng suất: Không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu. Ứng suất nén ở 
mép hạ lưu không được vượt quá trị số cho phép. 
 - Điều kiện kinh tế: Bảo đảm khối lượng công trình là nhỏ nhất. 
 Dưới đây ta xét một đoạn đập có chiều dài đơn vị (1m) tiết diện ngang là hình tam giác ABC, 
chiều cao đập h, chiều rộng đáy đập b, hình chiếu của mái thượng lưu là n.b, của mái hạ lưu là 
(1-n)b trong đó n < 1. 
 Ở đây ta xem mực nước thượng lưu ngang đỉnh đập, n.b (1- n)b 
hạ lưu không có nước. W2 A
 Các lực tác dụng lên đoạn đập gồm: 
 - Trọng lượng bản thân của đập G. 
 - Áp lực nước nằm ngang và thẳng đứng tác dụng lên W1 h
mái thượng lưu đập là W1 và W2. G 
 - Áp lực thấm dưới đáy đập Wt. (Hình 4.19) 
 B
 1. Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ứng b/2 b/2 C
suất b 
 Ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một 
mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo công thức h
 .
 1
nén lệch tâm α
 Wt 
 G 6M0 σ’ 
  (4.31) σ" 
 b b2
 Trong đó: 
 G: tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt Hình 4.19. Sơ đồ tính toán mặt cắt 
tính toán. cơ bản 
 117 
 G = G + W2 - Wt 
 bh nbh bh bh
 G     n  (4.32) 
 1 2 2 1 2 2 1 1
 γ, γ1: trọng lượng riêng của nước và của vật liệu làm đập. 
 1: hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm. 
 M0: tổng mômen của các lực đối với trọng tâm của mặt cắt tính toán. 
 b
 2 nb
 h h bh b nbh b nb bh 2
 M...0 1    1 
 2 3 2 6 2 2 3 2 3
 b2h h 2 
 M 2  3n 2n 2  2 n (4.33) 
 0 2 1 1 1 
 12 b 
 Thay các trị số G và M0 vào công thức (4.31) và lấy dấu trừ trước số hạng thứ hai ta có 
ứng suất ở mép thượng lưu đáy đập ’ khi hồ đầy nước. 
 h 2 
 ' h 1 1 n n 2 n 1  2 (4.34) 
 b 
 Để thỏa mãn điều kiện tại mép thượng lưu đập không sinh ra ứng suất kéo, tức là ’ = 0 ta tìm 
được chiều rộng đáy đập. 
 h
 b (4.35) 
 
 1 1 n n 2 n 
  1
 Khối lượng công trình sẽ nhỏ nhất khi biểu thức trong căn của công thức (4.35) đạt trị số cực 
đại. Lấy đạo hàm của biểu thức đó theo n và cho bằng không ta được: 
 
 2 1
 
 n (4.36) 
 2
 3 3
 Nếu γ1 = 2,4 T/m (bê tông), γ = 1 T/m (nước) thì n = -0,2 nghĩa là mái thượng lưu đập có độ 
dốc ngược. Mặt cắt đập như vậy gây khó khăn khi thi công và có thể phát sinh ứng suất kéo trên 
mặt hạ lưu đập khi đập vừa thi công xong hay khi tháo cạn hồ, do đó người ta thường lấy n = 0. 
 Khi mái thượng lưu thẳng đứng thì chiều rộng b là: 
 h
 b (4.37) 
 
 1 
  1
 3 3
 Nếu 1 = 0,5, γ1 = 2,4 T/m (bê tông), γ = 1 T/m (nước) thì b = 0,73h. 
 Nếu có biện pháp giảm áp lực thấm ở nền bằng không ( 1 = 0) thì b = 0,65h. 
 Ta thấy rằng trường hợp không có áp lực thấm chiều rộng đáy đập b nhỏ hơn trường hợp có 
áp lực thấm dưới nền và khối lượng vật liệu làm đập có thể giảm (10  25)%. Vì vậy cần thiết 
phải có các biện pháp công trình để giảm áp lực thấm dưới đáy đập. 
 2. Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định 
 Điều kiện bảo đảm ổn định của đập 
 Kc.W1 = f.G (4.38) 
 Trong đó : 
 f : hệ số ma sát giữa đập và nền. 
 Kc : hệ số an toàn ổn định của đập. 
 Thay các trị số W1 và G vào công thức (4.38) ta có : 
 118 
 h 2 bh
 K  f  n  
 c 2 2 1 1
 h
 Do đó b K c (4.39) 
 1 
 f n 1 
  
 3 3
 Nếu n = 0, f = 0,7 (nền đá), γ1 = 2,4 T/m (bê tông), γ = 1 T/m (nước), 1 = 0,5 và Kc =1 
(điều kiện cân bằng giới hạn) thì b = 0,75h. 
 Nếu 1 = 0 thì b = 0,6h. 
 Ta thấy rằng khi f = 0,7 (nền đá) và áp lực thấm nhỏ thì chiều rộng đáy đập b do điều kiện 
cường độ quyết định, trường hợp áp lực thấm lớn thì b điều kiện ổn định khống chế. Để quyết 
định chiều rộng đáy đập hợp lý phải tiến hành tính toán và so sánh cụ thể. 
 Ta có thể tìm n vừa thỏa mãn điều kiện ứng suất và điều kiện ổn định trên cơ sở cân bằng hai 
phương trình (4.35) và (4.39). Sau khi biến đổi ta có : 
 2
 K  K 2 K 2   K K 2 
 1 c n 2 1 c 2 2 c n 1 1 c 2 0 
 2 2 1 2 1 1 2 1 
 f  f f   f f 
 Đây là phương trình bậc hai theo n. Với một bài toán cụ thể các tham số trong phương trình 
đều có thể biết, do đó ta có thể xác định trị số n. 
 4.7.2. Mặt cắt thực tế của đập bêtông trọng lực 
 Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực cho nước tràn qua được chọn xuất phát từ mặt cắt cơ 
bản, có thêm bớt một số phần cho phù hợp với điều kiện tháo nước và nối tiếp dòng chảy ở hạ 
lưu. 
 a/ bb)/ cc)/ 
 a) xx xx 
 OO OO 
 RR RR 
 y
 y yy 
 Hình 4.20. Các dạng mặt cắt đập tràn 
 a. Đập có đầu hình elip (có chân không) b. Đập tràn dạng không chân không 
 c. Đập không chân không có phần nhô về phía trước 
 1. Đỉnh đập: 
 Đỉnh đập tràn có thể cấu tạo theo dạng không chân không hay có chân không (đầu tràn dạng 
tròn, elíp). Loại mặt cắt có chân không tuy có tăng được hệ số lưu lượng của tràn, nhưng làm 
việc không ổn định và dễ sinh chấn động cũng như phát sinh khí thực ở phần đầu tràn nếu trị số 
chân không vượt quá mức cho phép. Vì vậy chỉ nên làm đỉnh tràn có chân không khi có luận 
chứng xác đáng. Đối với các công trình quan trọng, sự làm việc của đập và mức độ chân không ở 
đỉnh đập cần phải được kiểm tra qua thí nghiệm mô hình. 
 Dạng đỉnh tràn không chân không có chế độ làm việc ổn định và thường được sử dụng nhiều 
hơn (Hình 4.20b). Khi cần mở rộng đoạn nằm ngang ở trên đỉnh để bố trí cửa van và thiết bị, có 
thể làm đỉnh tràn có phần nhô về phía trước (Hình 4.20c). 
 119 
 2. Mái đập: 
 Để bảo đảm điều kiện ổn định và nối tiếp liên tục với phần đập không tràn, mái thượng và hạ 
lưu của đập đều lấy theo trị số n của mặt cắt cơ bản đã tính. Tại vị trí chuyển tiếp từ đường cong 
đỉnh tràn (đã xác định ở trên) sang đường thẳng mặt mái hạ lưu, đường thẳng này phải tiếp tuyến 
với đường cong đỉnh tràn để tránh tạo ra điểm gẫy, tức tránh tạo ra nguồn sinh chân không, khí 
thực cục bộ trên mặt tràn. 
 3. Chân mái hạ lưu: 
 Tuỳ theo hình thức tiêu năng được chọn, chân mái hạ lưu có thể là bể tiêu năng (tiêu năng 
đáy), mũi phun (tiêu năng phóng xa), hay bậc thụt (tiêu năng mặt). Nối tiếp giữa mặt hạ lưu tràn 
và bộ phận tiêu năng phải qua một đoạn chuyển tiếp, thường chọn là cung tròn bán kính R. Khi 
nối tiếp với bể tiêu năng, trị số R chọn như sau: 
 R = (0,2  0,5)(P + Ht) (4.40) 
 Trong đó: 
 P: chiều cao đập tính đến cao trình đáy bể tiêu năng. 
 Ht: cột nước trên đỉnh tràn. 
 Nếu nối tiếp với mũi phun, bán kính R có thể chọn: 
 R = (6  10)hc (4.41) 
 Với hc là độ sâu co hẹp trên mũi phun. 
 Câu hỏi ôn tập: 
 4.1. Nêu ưu nhược điểm và phân loại đập đất. 
 4.2. Trình bày các yêu cầu cơ bản của nền đập đất và vật liệu đắp đập đất. 
 4.3. Nêu các nguyên tắc cơ bản khi chọn loại đập đất. 
 4.4. Trình bày cách xác định các kích thước cơ bản của đập đất: Cao trình đỉnh đập, chiều 
rộng đỉnh đập, các độ xoải của mái đập. 
 4.5. Nêu cấu tạo, tác dụng, đặc điểm và điều kiện ứng dụng các bộ phận thoát nước thường 
gặp trong đập đất: Kiểu lăng trụ, Kiểu áp mái. 
 4.6. Trình bày các sơ đồ và công thức tính toán qua đập đất trên nền không thấm. 
 4.7. Nêu sơ đồ tính thấm và công thức tính toán qua đập đất trên nền thấm nước. 
 4.8. Trình bày các hình thức mất ổn định và nguyên nhân chủ yếu gây mất ổn định của đập 
đất. 
 4.9. Trình bày các sơ đồ tính toán và công thức tính toán hệ số ổn định của đập đất theo 
phương pháp cung trượt. 
 4.10. Nêu đặc điểm và phân loại đập bêtông trọng lực. 
 4.11. Trình bày cách xác định các kích thước mặt cắt cơ bản của đập bêtông trọng lực. 
 4.12. Trình bày cách xác định các kích thước cơ bản mặt cắt thực tế của đập bêtông trọng lực. 
 120