Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD Nguyễn Chiến Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD Nguyễn Chiến ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI THIẾT KẾ CỐNG NGẦM M[.]
Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI THIẾT KẾ CỐNG NGẦM MÃ ĐỀ: 56 A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I Nhiệm vụ cơng trình Hồ chứa nước H sơng S đảm nhận nhiệm vụ sau: Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái phục vụ du lịch II Các cơng trình chủ yếu khu đầu mối: Một đập ngăn sơng Một đường tràn tháo lũ Một công đặt đập để lấy nước III Tóm tắt số tài liệu bản: Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lịng sơng cho bảng 1.Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hố dày 0,5 1m Vật liệu xây dựng: a) Đất: xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m 3, cự ly 800m); B (trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, tiêu bảng Điều kiện khai thác bình thường Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b) Đá: khai thác vị trí cách cơng trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lí : = 23o; n = 0,35(của đống đá); g k = 2,5 T/m3 c) Cát, sỏi: khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối bảng Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liêu đắp đập Chỉ tiêu Hệ số Độ ẩm rỗng n W(%) 0,35 Sét (chế bị) j (độ) C (T/m2) gk k (T/m3) (m/s) Tự Bão Tự Bão nhiên hoà nhiên hoà 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10-5 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 4.10-9 Cát 0,40 18 30 27 0 1,60 10-4 Đất 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10-6 Loại Đất đập đắp (chế bị) Bảng 2- Cấp phối vật liệu đắp đập d (mm) d10 d50 d60 Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08 Cát 0,05 0,35 0,4 Sỏi 0,50 3,00 5,00 Loại Đặc trưng hồ chứa: - Mực nước dâng bình thường: 31.4 m - Mực nước chết: 11.4m - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn Hmax = 3m - Vận tốc gió tính tốn ứng với mức đảm bảo P%: P% 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi Đặc trưng hồ chứa Đề số 56-A GVHD: Nguyễn Chiến Mực nước hạ lưu(m) D(km) MNC (m) MNDBT (m) Bình thường 3.1 11.4 31.4 7.7 Q cống (m3/s) Max Khi MNC (Qtk) Khi MNDBT MN đầu kênh (m) 9.2 3.5 11.05 5- Tài liệu thiết kế cống: - Lưu lượng thiết kế lấy ứng với MNDBT: Qcống = 3,5 m3/s MNC Qtk = m3/s - Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Zkt = 11.05 m - Tài liệu kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025:độ dốc đáy = (3 5).10-4 i Page Đồ án môn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến NỘI DUNG THIẾT KẾ I Những vấn để chung Nhiệm vụ, cấp cơng trình tiêu thiết kế a) Nhiệm vụ - Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân - Kết hợp ni cá lịng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch b) Cấp cơng trình - Theo nhiệm vụ cơng trình: theo bảng 2.1 TCXDVN 285-2002 cấp cơng trình cấp III - Theo chiều cao cơng trình: =MNLTK + 3m = MNDBT + 6m = 31.4 + = 37.4m Theo bảng 2.2 TCXDVN 285-2002 cấp cơng trình cấp II Vậy cấp thiết kế cơng trình cấp II c) Chỉ tiêu thiết kế Từ cấp cơng trình, dựa vào quy phạm ta xác định tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống sau: - Tần suất mực nước lớn hồ: P = 0.5% - Tần suất gió lớn nhất: Pg = 20% - Hệ số tin cậy: kn = 1.2 Chọn tuyến hình thức cống a) Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với cơng trình khác Ở đường tràn đổ sang lưu vực khác nên đặt cống bờ phải hay bờ trái đập Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý: - Vì tầng phủ dầy nên ta đặt cống đất - Đáy cống thượng lưu chọn cao mực nước bùn cát lắng đọng thấp mực nước chết hồ b) Hình thức cống - Vì cống đặt đập đất, mực nước thượng lưu lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý cống ngầm lấy nước không áp Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến - Vật liệu làm cống bê tơng cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng Trong tháp có bố trí van cơng tác van sửa chữa Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thượng lưu vị trí đặt cống c) Sơ bố trí cống Cao trình đỉnh đập: đđ = +37.4(m) Bề rộng đỉnh đập: B = 5m Chiều cao đập: H = 37.4 – 2.5 = 34.9 m Độ dốc: - Mái thượng lưu m1=3,5 Mái hạ lưu m2 = Phía đập độ dốc m3= 3,25 Cơ đập: bố trí đập phía hạ lưu cao trình + 27.4m rộng 3m Căn vào việc chọn tuyến cống sơ trọn cao trình đáy cống thấp MNC 1.4m Vậy cao trình đáy cống +10m vị trí tháp cống mái thượng lưu đập Sơ ta có: L = 189m II Thiết kế kênh hạ lưu cống Thiết kế mặt cắt kênh 1.1 Mặt cắt kênh tính tốn với lưu lượng Q = m3/s 1.2 Chọn sơ - Độ dốc đáy kênh: i=0.0002 - Độ nhám lòng kênh: n=0.025 - Hệ số mái kênh: m=1.5 1.3 Xác định bề rộng đáy kênh chiều sâu nước kênh - Sơ xác định vận tốc khơng xói VKX = KQ0.1 = 0,53.40.1 = 0.61 m/s Chiều sâu nước theo công thức kinh nghiệm: Bán kính thủy lực lợi nhất: Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi Tra phụ lục 8-3 bảng tra thủy lực ta được: Kiểm tra điều kiện: GVHD: Nguyễn Chiến => b=3.78m => Không thỏa mãn điều kiện Chọn lại b = 2.5m => Tra phụ lục ta được: => h=1.5 Kiểm tra điều kiện: thỏa mãn điều kiện Vậy sơ chọn: b = 2,5m h = 1,5m Kiểm tra điều kiện khơng xói Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế: Vmax < VKX Trong Vmax: lưu tốc lớn kênh, tính với lưu lượng Qmax = KQ = 1,2.4 = 4,8 m3/s Tra phụ lục => => h=1.69m Diện tích mặt cắt ướt tương ứng với chiều sâu h: Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi => GVHD: Nguyễn Chiến thỏa mãn điều kiện Tính độ sâu kênh ứng với cấp lưu lượng Tính tốn theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực ta có: Ứng với MNDBT: Q = 3.5m3/s Tra phụ lục => => h=1.45m Ứng với MNC: Q = 4m3/s => h = 1.5m III Thiết kế diện cống Trường hợp tính tốn Khẩu diện cống tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu nỏ hạ lưu lấy với lượng nước tương đối lớn thường tính với trường hợp mực nước chết (MNC) thương lưu hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu: Z = MNC - Zđk = 11,4 – 11.05 = 0,35 (m) Lúc để lấy đủ lưu lượng thiết kế cần mở hết cửa van Sơ đồ tính tốn hình vẽ: Trong đó: Z1 _ Tổn thất cột nước đầu vào Zp _ Tổn thất khe phai Zl _ Tổn thất qua lưới chắn rác Zv _ Tổn thất qua tháp van Z2 _Tổn thất cửa Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 37.4 Z1 Zp Zl h2 Zv 10 h1 48 Z2 141 189 Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Tính bề rộng cống bc Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy lưu lượng cần thiết Qtk chênh lệch mực nước thượng hạ lưu Z khống chế tức phải đảm bảo điều kiện: Trong đó: Ở đây: i – độ dốc dọc cống, L – tổng chiều dài cống Trị số bc tính phương pháp thử dẫn hay phương pháp đồ thị Các bước thực hiện: Giả thiết bc, tính tốn tổn thất thủy lực, lập bảng lựa chọn bc Với giá trị bc, tổn thất tính sau: 2.1 Tổn thất cửa Dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu coi sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập Khi đó: Trong đó: + Q = m3/s + b: chiều rộng cuối bể tiêu năng, chọn bề rộng kênh; b=2.5m + hh: chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng Q = 4m3/s, hh=1.5m + : hệ số lưu tốc, =0.96 + V: lưu tốc bình quân bể tiêu năng, giả thiết chiều sâu bể d=1m 2.2 Tổn thất dọc đường từ cửa đến tháp van Coi dòng chảy cống với độ sâu: h1 = hh+Z2 = 1,5 + 0,042 = 1,542m Page Đồ án môn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Khi tổn thất xác định cơng thức: iL2 với i độ dốc dọc cống, L chiều dài cống đoạn từ cửa đến tháp van; L2=141m Độ dốc dọc cống xác định sau: Trong tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc chiều sâu h1 Chọn hệ số nhám cống n=0,017 2.3 Tổn thất cục qua tháp van Do khoảng cách từ tháp van đến cửa xấp xỉ chiều dài cống, ta lấy chiều sâu cột nước sau cửa van là: hv=h1+iL2 Trong đó: hệ số tổn thất van, =0,2 với hv=h1+iL2 2.4 Tổn thất dọc đường từ tháp van đến lưới chắn rác Tổn thất xác định cơng thức: iL1 với Trong tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc chiều sâu h2=hv+Zv+iL2 L1=48m 2.5 Tổn thất cục qua lưới chắn rác Zl = l Trong đó: + : Hệ số tổn thất qua lưới chắn rác = 0,2 Page 10 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Xác định cao trình cống cao trình đặt cống 3.1 Chiều cao mặt cắt cống hc=h1+ Với h1=1.542m, độ lưu không, chọn 0.958m -> hc=2.5m Cao trình đáy cống cửa vào Zv=MNC-h-Zi Trong đó:Zi=0.325-0.042=0.283 h độ sâu dịng tháo cống với lưu lượng Q=4m3/s => Tra bảng thủy lực => => h=1.452m => Zv=11.4-0.283-1.452 = 9,665 Chọn cao trình cửa vào Zv = 9,6m Cao trình đáy cống cửa ra: Zr=Zv-iL=9.6-0.184-0.045=9.37 Vậy đặt Zr=9,3m, cao trình đáy kênh trùng với cao trình đáy cống Khi chiều dài cống L = 176m, chiều dài trước van L1 = 49m, chiều dài sau van L2=127m Độ dốc đáy i=0.0002 Kiểm tra trạng thái chảy tính tốn tiêu 4.1 Trường hợp tính tốn: Khi mực nước thượng lưu cao cần mở phần cửa van đề lấy lưu lượng cần thiết Do lương dòng chảy lớn, dòng chảy sau cửa van thường dòng xiết Dòng xiết nối tiếp với dòng êm kênh hạ lưu qua nước nhảy Do cần tính tốn để: - Kiểm tra nước nhảy có cống khơng Thường với mực nước cao thượng lưu cần khống chế không cho nước nhảy cống để tránh rung động bất lợi Còn với mực nước thấp hạ lưu, nước nhảy cống không tránh khỏi Tuy nhiên dịng chảy khơng lớn nên mức đọ rung động nguy hiểm không đáng kể Page 14 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi - GVHD: Nguyễn Chiến Xác đinh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy sau cửa cống, tránh xói lở kênh hạ lưu Hình 2: Sơ đồ tính tốn thủy lực mực nước cao thượng lưu 4.2 Xác định độ mở cống Tính theo sơ đò chảy tự qua lỗ Q = .α.a.bc Trong đó: - Q = 3,5 m3/s lưu lượng cần lấy qua cống ứng với MNDBT - : hệ số lưu tốc, lấy = 0,95 - α: hệ số co hẹp đứng - H : cột nước tính tốn trước cửa van: H = H0 - hw = 21,8 – 0.047 = 21,753m Trong đó: + H0 = H + = MNDBT - đc + = 31,4– 9,6 = 21,8(m) (Vì cột nước H cao cửa vào thuận nên bỏ qua ) + hw: tổn thất cột nước từ cửa vào vị trí cửa van: hw = Z1+ Zl + Zp + i.L1 = 0,014+0,008+0,016+0,0002.49=0,047 m Page 15 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Hệ số co hẹp đứng phụ thuộc tỷ số a/H, xác định a cách sử dụng bảng quan hệ Jucốpxki sau: = Tra bảng 15-1 có: c = 0,004 hc = c.H = 0,004.21,753= 0,087 (m) Tra bảng 16-1 có: = 0,611 a =0,0065.21,753=0,14 m Q* = 0,95.0,611.0,14.2 Q = =3,36 m3/s 100% = 100% = 4,2% < 5% Vậy: Giá trị ε = 0,611 a = 0,14 (m) xác định chấp nhận 4.3 Kiểm tra nước nhảy cống 4.3.1 Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr a) Định tính: cần xác định hc, ho, hk Độ sâu co hẹp sau van: hc=α.a=0,611.0,14=0,085 (m) Độ sâu phân giới: hk = = = 0,678 (m) Độ sâu dịng ho tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi thủy lực Với i=0.0002 => Tra bảng thủy lực => => ho=2,26m Có hc có nước nhảy cống Page 18 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Tại cửa không bố trí bậc nên sau nước nhảy dịng chảy ho=2,26m hn=1,5m > hk => hr =1,5m Xác định vị trí nước nhảy: Vận dụng lý thuyết nối tiếp, trước nước nhảy đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI mặt cắt co hẹp có độ sâu hc đến mặt cắt (I-I) có độ sâu h’ Sau nước nhảy dịng chảy êm theo đường nước hạ b1 mặt cắt II-II có độ sâu h’’ đến mặt cắt cửa có độ sâu hr Cách xác định vị trí nước nhảy: + Vẽ đường nước dâng CI: Bắt đầu từ mặt cắt co hẹp (c-c) có độ sâu hc đến mắt cắt (I-I) có độ sâu h’ + Vẽ đường e-e có độ sâu liên hiệp với đường CI: cách lấy điểm CI (độ sâu tương ứng h’) tính độ sâu liên hiệp điểm + Lùi đường (e-e) phía hạ lưu đoạn chiều dài nước nhảy tương ứng ln=4,5h’’ ta đường (f-f) Lập bảng tính theo cơng thức: ; X = ln + L Trong đó: + L: giá trị lấy từ bảng tính đường mặt nước cống + l: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến măt cắt (I-I) có độ sâu trước nước nhảy tương ứng + L+ln: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến mặt cắt (II-II) có độ sâu sau nước nhảy II hh a ln II Hình 7-3: Sơ đồ tính tốn nước nhảy cống Page 19 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Bảng tính đường mặt nước (e-e) (f-f) h' L h'' Ln X 0.085 2.428 12.006 12.006 0.135 5.793 2.084 9.379 15.172 0.185 12.746 1.747 7.861 20.607 0.235 20.171 1.517 6.825 26.996 0.285 27.695 1.344 6.050 33.745 0.335 35.059 1.208 5.436 40.495 0.385 42.050 1.095 4.929 46.979 0.435 48.473 1.000 4.501 52.973 0.485 54.138 0.918 4.130 58.268 0.535 58.854 0.845 3.804 62.659 0.585 62.425 0.781 3.515 65.941 0.635 64.646 0.724 3.257 67.902 0.678 65.305 0.679 3.054 68.359 Ta thấy, độ sâu lớn 2.428m nước nhảy không chạm trần cống Vẽ đường nước đổ bI cống: Sau nước nhảy mặt cắt II-II có độ sâu liên hiệp h’’ tận cửa có độ sâu hr = 1,5m vẽ ngược lên thượng lưu Đường nước đổ bI phía hạ lưu xuất phát từ độ sâu hh kênh cửa cống h=1,5m, tính với hmax=h’’ = 2,428 độ sâu liên hiệp hc Lập bảng tính theo phương phá cộng trực tiếp với L=130,804 đoạn tính từ mặt cắt co hẹp (c-c) tới cuối cống Kết tính sau: Page 20 ... Page Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến NỘI DUNG THIẾT KẾ I Những vấn để chung Nhiệm vụ, cấp công trình tiêu thiết kế a) Nhiệm vụ - Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh. .. thức cống - Vì cống đặt đập đất, mực nước thượng lưu lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý cống ngầm lấy nước không áp Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi. .. 0.191 0.178 Biểu đồ quan hệ ∑Z - bc Page 12 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Chọn bề rộng cống b=2m Page 13 Đồ án mơn học Cơng trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn