Một hồ chứa nước được xây dựng trên sông với mục đích tưới là chính và đảm nhận các nhiệm vụ sau 1 cấp nước tưới cho 5000 ha đất canh tác 2 cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân

Mục Lục Phần I Giới thiệu chung cơng trình tài liệu I Nhiệm vụ cơng trình II Các hạng mục cơng trình đầu mối III Tài liệu dùng để thiết kế 1 Tài liệu địa hình Tài liệu vật liệu xây dựng Các đặc trưng hồ chứa Tài liệu phục vụ việc thiết kế cống lấy nước IV Phân tích chọn tuyến đập, cơng trình tràn tuyến cống lấy nước V Phân tích chọn loại đập, hình thức tràn cống lấy nước .4 Phần II Thiết kế đập đất I Cấp cơng trình tiêu thiết kế Cấp cơng trình Các tiêu thiết kế II Các kích thước đập đất Đỉnh đập Mái đập 12 Thiết bị chống thấm 13 Thiết bị thoát nước chân đập 13 III Tính tốn thấm qua đập 16 Nhiệm vụ trường hợp tính tốn 16 Tính thấm cho mặt cắt lịng sơng 16 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi 18 Đề xuất giải thuật tự động tính thấm phương pháp Thủy lực học 20 Nghiên cứu ứng dụng SEEP/W (GEOSLOPE) tính thấm qua đập 25 IV Tính tốn ổn định mái đập 27 Trường hợp tính tốn 27 Tính tốn ổn định phương pháp cung trượt 28 Áp dụng tính tốn kết 29 Đề xuất Giải thuật tính ổn định 40 Nghiên cứu ứng dụng SLOPE/W (GEOSLOPE) tính ổn định 43 V Cấu tạo chi tiết 45 Đỉnh đập 45 Bảo vệ mái đập 45 Nối tiếp đập với bờ 46 VI Tính tốn khối lượng chủ yếu 46 Khối lượng đất đắp đập 46 Khối lượng vật chống thấm 46 Khối lượng vật thoát nước 46 Khối lượng bảo vệ mái thượng lưu hạ lưu 46 VII KẾT LUẬN 46 Phần III Thiết kế cống ngầm 47 I Những vấn đề chung 47 Nhiệm vụ cống lấy nước 47 Cấp cơng trình 47 Các tiêu thiết kế 47 Chọn tuyến cống hình thức cống 47 II Thiết kế kênh hạ lưu thượng lưu cống 48 Thiết kế mặt cắt kênh 48 Kiểm tra điều kiện không lắng không xói 49 Tính độ sâu mực nước ứng với cấp lưu lượng 50 III Tính diện cống 50 Trường hợp số liệu tính tốn 50 Tính diện cống 51 Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống .53 IV Kiểm tra trạng thái chảy tính tốn tiêu 54 Trường hợp tính tốn 54 Xác định độ mở cống 54 Kiểm tra trạng thái chảy cống 55 Tính tốn tiêu 58 V Chọn cấu tạo cống 58 Cửa vào, cửa 58 Thân cống 58 Tháp van 60 VI Tính tốn kết cấu cống 60 Mục đích tính tốn 60 Trường hợp tính tốn 60 Xác định sơ đồ tính tải trọng 60 Tính tốn nội lực 61 Tính tốn thép cho mặt cắt đại diện 63 VII KẾT LUẬN 63 Phần I Giới thiệu chung cơng trình tài liệu a Nhiệm vụ cơng trình Một hồ chứa nước xây dựng sơng với mục đích tưới đảm nhận nhiệm vụ sau : Cấp nước tưới cho 5000 đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân Kết hợp nuôi trồng thủy sản du lịch sinh thái Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N=1000KW b Các hạng mục công trình đầu mối Tại đầu mối có hạng mục cơng trình chủ yếu xây dựng Đập ngăn sông – chọn phương án đập đất Cơng trình tràn tháo lũ với phương án lựa chọn Đường tràn dọc máng tràn ngang; Tràn hoạt động theo kiểu tràn tự Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở đặt thân đập đất để lấy nước phục vụ tưới c Tài liệu dùng để thiết kế Tài liệu địa hình - Cho trước bình đồ địa hình vùng tuyến tỷ lệ 1:2000 - Tuyến đập thiết kế chọn trước bình đồ Sinh viên: Phan Thanh Sỹ - Tài liệu địa chất : Địa chất tuyến đập tương đối đơn giản, có lớp, từ xuống : o Lớp : Lớp phủ tàn tích dày từ 0,5-1,2m phân bố bên bờ o Lớp : Lớp bồi tích lịng sơng thấm mạnh, có bề dày từ 1-20m o Lớp : Lớp đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẽ trung bình o Chỉ tiêu lý lớp bồi tích cho bảng Tên lỗ H1 khoan Độ dày lớp đất 0,80 (m) Độ dày lớp đất 0,00 (m) H1 H2 H3 H4 H5 H6 H0 H7 H8 H9 H10 H12 0,9 0,80 0,0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0 0,80 0,70 1,00 0,0 0,00 4,0 6,50 14,5 18,00 15,0 9,00 4,5 0,00 0,00 0,00 - Từ bình đồ địa hình, tuyến đập vẽ mặt cắt dọc địa hình tuyến đập - Sau vào số liệu vị trí lổ khoan bề dày lớp đất lỗ khoan để vẽ mặt cắt địa chất dọc tuyến đập Tài liệu vật liệu xây dựng - Đất đắp đập : Trong khu vực xây dựng có bãi vật liệu, đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, đất bãi vật liệu tương đối đồng nhất, có đủ trữ lượng để đắp đập đồng chất Điều kiện khai thác bình thường Chỉ tiêu lý cho bảng - Đất sét : khai thác cách vị trí xây dựng đập 4km, đủ yêu cầu trữ lượng để làm vật chống thấm - Đá : Có trữ lượng lớn, đủ để xây dựng bảo vệ mái, vật nước tường chắn sóng… Đá có tiêu lý sau : o Góc ma sát : φ = 30o o Độ rỗng đống đá : n = 0,35 o Dung trọng khơ hịn đá : Ϫk = 2,4t/m3 o Hệ số thấm qua đống đá : k = 10-2m/s - Cát sỏi : Được khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ để xây dựng tầng lọc (cấp phối hạt cho bảng 2) Chỉ tiêu Loại Đất Đắp đập Sét Cát Lớp bồi tích φ (độ) Tự Bão nhiên hòa C ( T/m2) Tự Bão nhiên hòa HS rỗng n Độ ẩm W% 0,35 20 23 20 3,0 0,42 0,40 0,39 22 18 24 17 30 26 13 27 22 5,0 1,0 Sinh viên: Phan Thanh Sỹ γk (T/m3) k (m/s) 2,4 1,62 10-6 3,0 0,7 1,58 1,60 1,59 10-9 10-4 10-5 d(mm) Loại d10 Đất thịt pha cát 0,005 Cát 0,050 Sỏi 0,500 Các đặc trưng hồ chứa Bình ĐẶC TRƯNG HỒ CHỨA đồ Đề Mặt MNDB D MNC Số cắt T địa (km) (m) (m) chất 18 1-B 3,90 11,00 33,50 d50 d60 0,005 0,350 3,000 0,080 0,040 5,000 MỰC NƯỚC HẠ LƯU LƯU LƯỢNG QUA CỐNG MNHL BT MNHL MAX Qtk (MNC) Q (MNBT) (m) 5,30 (m) 9,50 (m3/s) 4,20 (m3/s) 3,70 MNĐK Qtràn (m) 8,70 (m3/s) 390,00 Các số liệu cho bao gồm : - D(km) : Chiều dài truyền sóng (cịn gọi đà gió) ứng với MNDBT - D’(km) : Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK - MNC(m) : Cao trình mực nước chết hồ chứa - MNDBT(m) : Cao trình mực nước dâng bình thường hồ chứa - MNLTK (m) : Mực nước lũ thiết kế tính MNDBT cộng thêm cột nước lớn đĩnh tràn tự : MNLTK = MNDBT + Ht max (Ht max cột nước lớn tràn tự xãy lũ thiết kế - cho Ht max = 4m - MNLKT(m) : Mực nước lũ kiểm tra, mực nước lớn hồ xãy lũ kiểm tra Ở cho : MNLKT = MNLTK + 1m - MNHL max (m) : Mực nước hạ lưu lớn Hai mực nước để - MNHL bt (m) : Mực nước hạ lưu bình thường thiết kế vật nước - Vận tốc gió tính tốn ứng với tần suất P% D’=D+0,5km P% 20 30 50 V(m/s) 32 30 27 26 17 14 12 Tài liệu phục vụ việc thiết kế cống lấy nước Lưu lượng qua cống Q cống (m3/s) : cho với trường hợp : o Khi mực nước hồ = MNC : Qtk dùng để tính tốn diện cống o Khi mực nước hồ = MNDBT : Qbt dùng để kiểm tra chế độ chảy tính tốn tiêu sau cống MNđk(m) : Cao trình tối thiểu mực nước đầu kênh (sau cống) để bảo đảm u cầu tưới tự chảy cơng trình d Phân tích chọn tuyến đập, cơng trình tràn tuyến cống lấy nước e Phân tích chọn loại đập, hình thức tràn cống lấy nước Căn vào điều kiện địa hình địa chất vật liệu xây dựng, phân tích để xác định loại đập xây dựng, chọn phương án hợp lý đập đất Sinh viên: Phan Thanh Sỹ Phần II Thiết kế đập đất I Cấp cơng trình tiêu thiết kế Dựa vào tiêu chuẩn QCVN 04-05 : 2012 b Cấp cơng trình Xác định từ điều kiện: a Theo chiều cao cơng trình loại Giả thiết sơ bộ cao trình đỉnh đập: ZĐinh đập = MNLTK + d = 37,5 + = 40,5 (m) ( chọn d = 3m) Chiều cao đập : HĐập = ZĐỉnh đập - Zđáy = 40,5 - = 40,5 (m) Tra Bảng 1- Phân cấp cơng trình thủy lợi → Ứng với chiều cao đập 40,5 (m) đá suy cấp cơng trình tương ứng cơng trình cấp II b Theo lực phục vụ cơng trình Mục đích cấp nước tưới cho 5000 đất canh tác Tra Bảng 1- Phân cấp cơng trình thủy lợi → Cấp cơng trình tương ứng cơng trình cấp III Cấp đập lấy theo trị số quan trọng xác định theo điều kiện →Vậy ta xác định cấp cơng trình cấp II Loại cơng trình lực phục vụ Loại Diện tích tưới diện tích tự nhiên khu tiêu, 103   Hồ chứa nước có dung tích ứng với MNDBT, 106 m3   Cơng trình cấp nguồn nước chưa xử lý cho ngành sử dụng nước khác có lưu lượng, m3/s Đập vật liệu đất, đất đá có chiều cao lớn nhất, m Đập bê tơng, bê tông cốt thép loại Sinh viên: Phan Thanh Sỹ Cấp cơng trình Đặc biệt I > 50 II >10 ÷ 50 III >2 ÷ 10 IV ≤2 >1 000 >200 ÷1000 >20 ÷ 200 ≥ ÷ 20 20 >10 ÷ 20 >2 ÷ 10 > 100 > 100 - >70 ÷ 100 > 35 ÷ 75 >60 ÷ 100 >25 ÷ 50 >25 ÷ 70 >15 ÷ 35 >15 ÷ 25 >25 ÷ 60 >10 ÷ 25 - A B C A B ≤2 >10 ÷ 25 >8 ÷ 15 >5 ÷ 15 >10 ÷ 25 >5 ÷ 10 - ≤ 10 ≤8 ≤5 ≤ 10 ≤5 cơng trình thủy lợi chịu áp khác có chiều cao, m Tường chắn có chiều cao, m C - - >10 ÷ 20 >5 ÷ 10 ≤5 A B C - >25 ÷ 40 - >15 ÷ 25 >12 ÷ 20 >10 ÷ 15 >8 ÷ 15 >5 ÷ 12 >4 ÷ 10 ≤8 ≤5 ≤4 CHÚ THÍCH: 1) Đất chia thành nhóm điển hình: -  Nhóm A: đá ; -  Nhóm B: đất cát, đất hịn thơ, đất sét trạng thái cứng nửa cứng; -  Nhóm C: đất sét bão hịa nước trạng thái dẻo; 2) Chiều cao cơng trình tính sau: -  Với đập vật liệu đất, đất – đá: chiều cao tính từ mặt thấp sau dọn móng (khơng kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập; -  Với đập bê tông loại cơng trình xây đúc chịu áp khác: chiều cao tính từ đáy chân khay thấp đến đỉnh cơng trình c Các tiêu thiết kế Từ cấp cơng trình cấp II xác định được: - Tần suất lưu lượng mực nước lớn tính tốn: P = 1% (bảng QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) - Hệ số tin cậy: Kn = 1,15 (phục lục B2 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) - Hệ số an toàn nhỏ ổn định trượt: K = 1,3 (bảng TCVN10396:2015) - Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất, các mức đảm bảo sóng: Theo bảng - Tần suất gió thiết kế TCVN10396:2015 o MNDBT: P = 4% ứng với vận tốc gió V = 27 m/s o MNLTK: P = 50% ứng với vận tốc gió V = 12 m/s - Độ vượt cao đỉnh đập đỉnh sóng: Theo bảng - Chiều cao an tồn đập TCVN10396:2015 o Ứng với MNDBT : a = 0,7(m) o Ứng với MNLTK : a = 0,5(m) o Ứng với MNLKT : a = 0,2(m) d Các kích thước đập đất Dựa vào TCVN10396:2015 TCVN8421:2010 Đỉnh đập b Cao trình đỉnh đập Cao trình đỉnh đập cao trình lớn đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập Mặt khác đập không được quá cao để đảm bảo các điều kiện kinh tế Xác định cao trình đỉnh đập sở tính tốn độ vượt cao đỉnh đập mực nước tính tốn hồ gồm mực nước dâng bình thường, mực nước lớn có lũ thiết kế lũ kiểm tra theo công thức sau: Zđ = Zh + h + Rslp + a Trong đó: Zđ cao trình đỉnh đập, m; Sinh viên: Phan Thanh Sỹ Zh mực nước tính tốn hồ chứa, m; h chiều cao nước dềnh gió, m; Rslp chiều cao sóng leo lên mái đập, m; a chiều cao an toàn, m Ở mực nước dâng bình thường * Xác định Δh: theo công thức V 2w L ∆ h=k w cos ⁡(∝w ) g (d +0,5 ∆ h) Trong đó: αw: góc trục dọc khu chứa nước hướng gió, độ; lấy αw = 0⁰ g : gia tốc trường; lấy g = 9,81 m/s2 L: đà sóng, tính mét; L = 3900 m d: chiều sâu ứng với mực nước tính tốn d = MNDBT – Zđáy = 33,5 - = 33,5 m Vw: vận tốc tính tốn gió, xác định theo điều A.3.3 TCVN 8421:2010; Vw = kfl kl Vl Trong Vl vận tốc gió ứng với P = 4% → V1 = 27 m/s (theo điều A.3.1 TCVN 8421:2010); kfl: hệ số tính chuyển số liệu vận tốc gió, tính theo cơng thức kfl = 0,675 + 4,5/Vl không lớn 1; → kfl = 0,842 kl: hệ số quy đổi vận tốc gió điều kiện mặt thoáng vùng nước (kể vùng nước thiết kế) có chiều dài đặc trưng 20 km; kl = → Vw = kfl kl Vl = 0,842.1.27 = 22,734 m/s kw: hệ số, lấy theo Bảng A2 TCVN8421:2010 kw = 2,73.10-6 V 2w L 22,7252 3900 ∆ h=k w cos ( ∝w ) =2,73.10−6 9,81.(33,5+ 0,5 ∆ h) g ( d+ 0,5 ∆ h ) Giải phương trình, ta ∆ h=0,017 m * Xác định Rsl: theo công thức Theo TCVN 8421:2010 chiều cao sóng leo ứng với tần suất sóng leo 1% được xác định sau: Rsl = Hrun1 % = kr kp ksp krun h1 % Sinh viên: Phan Thanh Sỹ Trong đó: h1% :chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% kr,kp: hệ số nhám và hệ số hút nước của mái dốc xác định theo bảng TCVN8421:2010 ksp :hệ số theo vận tốc xác đinh theo bảng TCVN 8421:2010 krun :hệ số được lấy theo bảng 11 TCVN 8421:2010 (tùy thuộc vào độ thoải của sóng vùng nước sâu) • Xác định h1% { d >0,5 Giả thiết sóng nước sâu λ d ≥ h1 % gd ¿ gL Tính toán các đại lượng không thứ nguyên V ; (và ) w Vw Vw Trong đó: g: Gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2 t: thời gian gió thổi; t = V w : vận tốc gió tính toán (m/s); Vw = 22,734 m/s L: chiều dài đường sóng ứng với mực nước dâng bình thường; L = 3900m d: chiều sâu ứng với mực nước tính tốn; d = 33,5 m Thay số kết hợp với đồ thị xác định yều tố sóng, ta được: gd 9,81.33,5 = =0,6359 2 V w 22,734 { g.h =0,015 gL 9,81.3900 V w = =74,026→ 2 Vw 22,734 g τ =1,46 Vw { g.h =0,06 9,81.6.3600 ¿ = V w =9320,665→ Vw 22,734 g τ =3,47 Vw Chọn cặp giá trị nhỏ nhất Sinh viên: Phan Thanh Sỹ { g.h =0,015 Vw giải phương trình h=1,115 m → τ=4,018 s g τ =1,46 Vw { Trong đó: h : Chiều cao sóng trung bình, m τ : Chu kỳ sóng trung bình, s → Bước sóng trung bình: λ= g τ 9,81 4,0182 = =25,206 m π 2.3,14 Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu d = 33,5 (m) > 0,5 λ = 0,5.25,211 = 12,603 m Vậy giả thiết sóng nước sâu Chiều cao sóng nước sâu ứng với mực nước đảm bảo 1%, xác định : hs1%=kp.h kp tra đồ thị hình A2 TCVN 8421:2010 với g D =74,026 ; i = 1% → kp = 2,09 Vw → hs1%=2,09.1,115 = 2,33 (m) • Xác định hệ số kr, kp, ksp, krun Chọn kết cấu gia cố mái đá lát bình thường có ∆ = 0,02m → ∆ hs1% = 0,02 =0,009 2,33 Tra bảng TCVN 8421:2010 →k r=0,95 ;k p=0,85 Giả thiết hệ số mái m = 3; V w =22,734(m/s) Tra bảng TCVN8421:2010 → k sp=1,5 Ta có: λ 25,206 = =10,818 hs % 2,33 Tra hình 11 TCVN8421:2010 →k run= 1,5 → Rsl = Hrun1% =0,95.0,85.1,5.1,5.2,33 = 4,233(m) Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT Z1 = MNDBT + Δh + Rsl + a = 33,5 + 0,017 + 4,233 + 0,7 = 38,45 (m) Ở mực nước lũ thiết kế * Xác định Δh: theo công thức V 2w L ∆ h=k w cos ⁡(∝w ) g (d +0,5 ∆ h) Sinh viên: Phan Thanh Sỹ Kiểm tra tỷ số b/h = 3/2 =  (0,5÷ 2) Kiểm tra lại điều kiện khơng xói: Vmax < Vkx Qmax = 4,2.1,2 = 5,04 (m3/s) → V= Qmax/ω = Qmax /(h.(b+mh)) = 5,04/ (2.(3+1,5.2)) = 0,42 → V =0,42 < Vkx =0,612 → thoả mãn điều kiện khơng xói c Tính độ sâu mực nước ứng với cấp lưu lượng Trong tài liệu cho số cấp lưu lượng để tính tốn cống với trường hợp khác Ứng với cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng tương ứng kênh tức xác định quan hệ Q~h Bài toán giải theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi mặt thủy lực IV.Tính diện cống Trường hợp số liệu tính tốn Khẩu diện tính tốn với trường hợp chênh lệch cột nước thượng hạ lưu nhỏ lưu lượng lấy nước tương đối lớn Thường tính với trường hợp MNC thượng lưu, hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới Zkc, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z]=MNC- Zkc Thượng lưu MNC = 11( m) Hạ lưu mực nước đầu kênh đk = 8,7 ( m) Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] = 11 – 8,7 = 2,3 (m) Để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van Trong : + Z1 : tổn thất cột nước cửa vào; + Zp : tổn thất khe phai (nếu có); + Zl : tổn thất qua lưới chắn rác; + Zv : tổn thất qua tháp van; + Z2 :tổn thất cửa ra; + iL : tổn thất dọc đường Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 49 Sơ đồ tính tốn thủy lực xác định diện cống b Tính diện cống Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy lưu lượng cần thiết Q chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện: Zi ≤ [∆Z] Trong đó: Với: Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L i – độ dốc dọc cống L – tổng chiều dài cống Sơ chọn bề rộng cống theo cấu tạo thuận tiện cho thi công, sửa chữa, chọn bc = 2(m) a Tổn thất cửa Dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu coi sơ đồ tràn đỉnh rộng chảy ngập, đó: V 2b Q2 Z2 = −α 2g g ( φn b hh ) Trong đó: b bề rộng cuối bể tiêu năng; b = 3(m) hh chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính tốn Q; hh = (m) φn :hệ số lưu tốc, chọn φn = 0,95 Vb : lưu tốc bình quân bể tiêu V b= Q b (hh +d ) chọn d = m (chiều sâu bể tiêu năng) → V b= Sinh viên: Phan Thanh Sỹ Q 4,2 = =0,4667 b( hh +d) 3(2+1) 50 2 Vb Q 4,2 0,4667 → Z 2= −α = −1 =0,0165712 2 g 2.9,81 ( 0,95.3 ) 2.9,81 g ( φn b h h) b Tổn thất dọc đường Coi dòng chảy cống với độ sâu h1 = hh + Z2 = + 0,0165712 = 2,0165712 (m) Khi tổn thất dọc chiều dài cống iL Trong đó: i độ dốc dọc cống i= Với ( Q ωC √ R ) ω = h1.bc = 2,0165712.2,0 = 4,033 (m2) χ = bc + 2h1 = 2,0 + 2.2,0165728 = 6,033 (m) → R = ω/ χ = 0,6685 → C = R1/6/n = 0,668497973/0,025 = 37,4033 ( → i= ) ( ) 2 Q 4,2 = =0,001160 ωC √ R 4,033.37,4033 √ 0,6685 → iL=0,001160.233,3=0,270628 c Các tổn thất cục Zv, Zl, Zp Xác định theo công thức chung: α V 2i Zi =ξ i 2g Tổn thất tháp van Theo QPTL tính toán cống nước sâu ξ v = 0,1 (mở hết cửa van) Q 4,2 Vv= = =1,04141 ω 4,033 → Z v =ξ v α V 2v 1.1,04141 =0,1 =0,005528 2g 2.9,81 Tổn thất qua lưới chắn rác Theo cẩm nang tính tốn thủy văn ξ l= 0,2 V l= Q 4,2 = =1,03852 ω 2.(2,0165712+ 0,005528) α V 2l 1.1,038522 → Z l=ξl =0,2 =0,010994 2g 2.9,81 Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 51 Tổn thất qua khe phai Theo QPTL tính tốn cống nước sâu ξ p= 0,06 V p= Q 4,2 = =1,03291 ω 2.(2,0165712+0,005528+0,010994) → Z p=ξ p αV p 1.1,03291 =0,06 =0,003263 2g 2.9,81 d Tổn thất cửa vào Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Z1 = Trong đó: V0 Q −α 2g g ( εφω ) ε - hệ số co hẹp cửa vào; ε = φ – hệ số lưu tốc; φ = 0,95 ω - diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào; ω = 2,0.( 2,0165712+0,005528+0,010994+0,003263) = 4,07271 (m2) Vo – lưu tốc tới gần; Vo = Vp = 1,03291 (m/s) → Z 1= V 20 Q2 4,22 1,032912 −α = −1 =0,005682 2 g 2.9,81 ( 1.0,95 4,07271 )2 2.9,81 g ( εφω ) Ta có: Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L = 0,005682+0,003263+0,010994 +0,005528+0,0165712+0,270628 ¿ 0,312567 m Zi = 0,312567 (m) < [ΔZ] = 2,3 (m) → thỏa điều kiện Vậy bc = 2,0 (m) chọn hợp lý e Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống a Chiều cao mặt cắt cống Hc = h1 + Δ Trong đó: Δ - độ lưu khơng, Δ = 0,5 ÷ 1m; chọn Δ=1m h1 - độ sâu dòng đều; hl = 2,0165712 (m) →Hc = 2,0165712 + = 3,0165712m Vậy ta chọn Hc = (m) b Cao trình đặt cống - Cao trình đáy cống cửa vào Zv = MNC – h – Δ Zi Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 52 Trong đó: h – độ sâu dịng cống tháo Qtk, h = 2,0165712(m) ΔZi – tổng tổn thất cục cửa vào, khe phai, lưới chắn rác, khe van tháo Qtk, Ta có: ΔZi = 0,005682+0,003263+0,010994 +0,005528= 0,025467 (m) Từ ta có: - Zv = 11 – 2,0165712– 0,025467 = 8,96 (m) Cao trình đáy cống cửa ra: Zr = Zv – i.L = 8,96 – 0,270628 = 8,69 (m) III Kiểm tra trạng thái chảy tính tốn tiêu Trường hợp tính tốn Khi mực nước thượng lưu cao cần mở phần cửa van để lấy lưu lượng cần thiết Do lượng dòng chảy lớn, dòng chảy sau cửa van thường dòng xiết Dòng xiết nối tiếp với hạ lưu dòng êm kênh hạ lưu qua nước nhảy Do cần tính tốn để: - Kiểm tra xem nước nhảy có xảy cống hay 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 thượng lưu, nước nhảy cống không tránh khỏi Tuy nhiên lượng dịng chảy khơng lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể - Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy sau cửa cống, tránh xói lở kênh hạ lưu Sơ đồ tính tốn thủy lực mực nước cao thượng lưu b Xác định độ mở cống Tính theo sơ đồ chảy tự qua cống Q=φ α a bc √ g ( H −αa) ' Trong đó: φ - hệ số lưu tốc; φ = 0,95 α - hệ số co hẹp đứng; Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 53 H‘0 - cột nước tính tốn trước cửa van; H‘0 = H0 – hw hw – tổn thất cột nước từ cửa vào vị trí cửa van H 0=H + α V 02 ; V 0=1,03291(m/ s) 2g Trường hợp tính tốn: Trường hợp bất lợi lượng dòng chảy H = MNDBT - đcvào = 33,5 – 8,96 = 24,54 (m) Ta có: α V 02 1.1,032912 H 0=H + =24,54 + =24,59438 m 2g 2.9,81 Tổn thất từ đoạn cửa vào cống đến tháp van đóng mở là: hw = Z1 + Zl + Zp + i.L1 Với L1 chiều dài từ đầu cống đến cửa van Chọn sơ vị trí đặt tháp cống cách cửa vào cống đoạn L1= 50 (m) phía đỉnh đập Từ ta có: hw = 0,005682 + 0,010994 + 0,003263 + 0,001160.50 = 0,07794 (m) → H‘0 = H0 - hw = 24,59438 – 0,07794 = 24,51644 (m) Hệ số co hẹp đứng α phụ thuộc tỷ số a/H, xác định a cách sử dụng bảng quan hệ Jucốpxki (giáo trình Thủy lực tập II) sau: Tính F ( τ c )= Q = =0,018210 φ bc H ' 0,95.2 24,51644 Tra bảng ta tìm a/H = 0,006; τc = 0,00362 Theo a = (a/H).H‘0 = 0,006 24,51644 = 0,147099m; hc = τc H‘0 = 0,00362.24,51644 = 0,088750→ α = hc/a = 0,088750/0,147099 = 0,603335 c Kiểm tra trạng thái chảy cống a Vẽ đường mặt nước đểtìm độsâu cuối cống hr Định tính: cần xác định hc, h0, hk - Độ sâu co hẹp sau van: hc = 0,088750m Độ sâu phân giới hk; với kênh chữ nhật √ - Độ sâu dòng h0: √ Q 4,2 hk= α = 0,603335 =0,647306 m g bc 9,81.2 Với m =0 → m0= 2√(1+m2) = Áp dụng công thức ( Rln = ) ( ) Q n 4,2.0,025 = =0,699411 m √ i 4.2 √ 0,001160 (với i độ dốc dọc cống) Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 54 Từ đó, ta có: b = =2,859547 R ln 0,699411 Tra bảng Phụ lục 8-3 với m = 0; ta được: h =2,8720 R ln → h0 = 2,8720 0,699411 = 2,008710 (m) Nhận thấy hc < hk < h0 (0,088750 < 0,647306 < 2,008710) nên dạng đường mặt nước sau van đường nước dâng CI Định lượng: Vẽ đường mặt nước từ mặt cắt co hẹp C–C cuối cửa Mặt cắt co hẹp cách cửa van đoạn 1,4a = 1,4 0,147099 = 0,205939 (m) Chiều dài tính từ mặt cắt co hẹp C-C đến cuối cống là: l = L – L1 – 1,4a = 233,3 - 50 – 0,205939 = 183,094061 (m) Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước Theo phương pháp khoảng cách hai mặt cắt có độ sâu h1, h2 là: ∆ L= ∆∋ i−J Trong đó: ( )( ) ∝ v 22 ∝ v 21 J +J ∆ ∋=∋2−∋1= h2 + − h1 + ;J= 2g 2g v= 2 Q Q ω ;J = ; K= ω R ; R= ; χ =b c +2 h ; ω=b c h ω n χ K Kết tính bảng sau: Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 55 h 0,088750   0,131716   0,174682   0,217648   0,260613   0,303579   0,346545   0,389511   0,432477   0,475443   0,518408   0,561374   0,604340   0,647306 ω 0,177500   0,263432   0,349363   0,435295   0,521227   0,607158   0,693090   0,779022   0,864954   0,950885   1,036817   1,122749   1,208680   1,294612 v 23,66197   15,94341   12,02187   9,64863   8,05791   6,91747   6,05982   5,39138   4,85575   4,41694   4,05086   3,74082   3,47486   3,24422 v2/2g 28,53664   12,95578   7,36622   4,74495   3,30938   2,43891   1,87163   1,48150   1,20175   0,99436   0,83636   0,71324   0,61543   0,53644 Sinh viên: Phan Thanh Sỹ ∋ χ 28,62539   13,08749   7,54090   4,96260   3,56999   2,74249   2,21818   1,87101   1,63423   1,46980   1,35477   1,27461   1,21977   1,18374 2,1775   2,263431692   2,349363385   2,435295077   2,521226769   2,607158462   2,693090154   2,779021846   2,864953538   2,950885231   3,036816923   3,122748615   3,208680308   3,294612 R 0,081515   0,116386   0,148706   0,178744   0,206735   0,232881   0,257359   0,280322   0,301908   0,322237   0,341416   0,359539   0,376691   0,392948 K 2,38358   4,48546   7,00434   9,86606   13,01693   16,41586   20,03031   23,83381   27,80449   31,92400   36,17676   40,54944   45,03050   49,60992 J 3,104829   0,876767   0,359554   0,181222   0,104107   0,065459   0,043967   0,031054   0,022818   0,017309   0,013478   0,010728   0,008699   0,007167 J tb   1,990798   0,618161   0,270388   0,142665   0,084783   0,054713   0,037510   0,026936   0,020063   0,015394   0,012103   0,009714   0,007933   ΔL   7,8094   8,9896   9,5767   9,8415   9,8956   9,7905   9,5507   9,1862   8,6983   8,0816   7,3250   6,4118   5,3182   56 L 0,0000   7,8094   16,7990   26,3757   36,2171   46,1127   55,9033   65,4540   74,6402   83,3384   91,4200   98,7450   105,1568   110,4751 Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 57 b Kiểm tra nước nhảy cống Qua bảng tính trên, ta thấy chiều dài phân giới cống (tại vị trí có hẹp có chiều sâu hk) có Lk= 110,4751 (m) nhỏ chiều dài từ cửa van cửa cống l = 183,094061 (m) Vậy xảy nước nhảy cống c Tính tốn tiêu Tiêu sau cống cần tính dịng chảy khỏi cống dịng xiết (khơng có nước nhảy cống) hr Vr cửa cống đựơc xác định từ kết việc vẽ đường mực nước từ mặt cắt hc cuối cống Ở việc kết luận chế độ chảy yêu cầu sơ tùy thuộc Lk Lc Do cống dài Lk < l - có nước nhảy cống nên tiêu theo cấu tạo Vậy ta chọn bể tiêu có chiều sâu d = 0,5(m); có chiều dài Lb = 5,0 (m) IV.Chọn cấu tạo cống Cửa vào, cửa Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu Thường bố trí tường hướng dịng hình thức mở rộng dần Cửa vào: Chọn góc chụm hai tường hướng dịng cửa vào khoảng 20o Tường cách hạ thấp dần theo mái thượng lưu Sân trước làm Bêtơng để chống xói - Cửa ra: - Chọn góc chụm cửa 10o Cửa kết hợp với bể tiêu năng, cuối bể tiêu có phận chuyển tiếp kênh hạ lưu Sau bể tiêu năng, cần bố trí đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài bằng: Lsn = (2,5 ÷ 3)Lb = (2,5÷3).5 = (12,5 ÷ 15) m Chọn Lsn = 13m Thân cống a Mặt cắt Mặt cắt ngang cống có dạng mặt cắt chữ nhật kích thước bxh = (2x3) m Cống hộp làm BTCT M200 đổ chỗ, góc làm vát để tránh ứng suất tập trung Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, chống thấm yêu cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo: t ≥ H/[J] = 24,59438/15 = 1,64 (m) Trong đó: H - Cột nước lớn thượng lưu H = H0 = 24,59438 (m) Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 58 [J] - Gradien cho phép thấm vật liệu bê tông [J] = 10÷15 Chọn [J] =15m Tuy nhiên t theo điều kiện chống thấm lớn Vì ta chọn chiều dày thành cống theo điều kiện kết cấu, chọn theo kinh nghiệm t = 0,5m Sau đắp quanh thành ống lớp sét dày tsét ≥ ( H0 – t.[J] )/[Jsét] = (24,59438 – 0,5.15)/10 = 1,709m Chọn tsét = 1,71m Sơ chọn chiều dày cống t = 0,5 (m) b Phân đoạn cống Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn để tránh rạn nứt lún không Chiều dài đoạn phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống, chọn 15 mét Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước Thiết bị chống rò kim loại dùng cho ngang đứng cống hộp có cấu tạo hình Sơ đồ khớp nối cống hộp Bêtơng a – Khớp nối ngang; b – Khớp nối đứng; – Bao tải tẩm nhựa đường; – Đổ nhựa đường; – Tấm kim loại hình Ω; – Tấm kim loại hình phẳng; – Vữa Bêtơng đổ sau c Nối tiếp thân cống với Cống hộp đổ lớp bêtơng lót dày 15cm Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 59 d Nối tiếp thân cống với đập Phần tiếp giáp thân cống đất đắp đập bọc lớp đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày 1,71m để đảm bảo chống thấm Tại đoạn nối cống làm gờ để nối tiếp cống với đất đắp đập tốt cao khoảng 0,5m e Tháp van Vị trí tháp van cách chân đập phía thượng lưu đoạn 50m Mặt cắt ngang tháp van hình vng (1,2m x 1,2m), chiều dày xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm điều kiện cấu tạo, bên sườn tháp van đặt ống khí (đường kính 30cm) cống Bên tháp van đặt van: van phía trước van sửa chữa cố van phía sau van cơng tác, phía tháp van bố trí nhà để đặt máy đóng mở van; có cầu cơng tác nối tháp van với đỉnh đập Khi thiết kế tháp van cần ý tới yêu cầu kiến trúc, tạo cảnh quan đẹp phục vụ mục đích dân sinh kinh tế khác VI.Tính tốn kết cấu cống Mục đích tính tốn Xác định nội lực phận cống ứng với trường hợp làm việc khác để từ bố trí cốt thép kiểm tra tính hợp lý chiều dày thành cống chọn Chọn sơ kích thước thành cống 1,65 (m) Kích thước cửa cống xác định 2x3 (m) b Trường hợp tính tốn Tính tốn ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống đỉnh đập (trường hợp cột đất cống cao nhất), chiều cao đường bão hịa cao nhất, cống khơng có nước (cống đóng) mực nước thượng lưu MNDGC Cao trình đáy cống mặt cắt tính tốn: đc = (8,96 + 8,69) / = 8,825 (m) Chiều cao cột đất mặt cắt tính tốn: H = 39,1– (8,825 + +0,5) = 26,775(m) c Xác định sơ đồ tính tải trọng Trường hợp cống hộp, tính cho mét dài Sơ đồ lực tác dụng lên cống ngầm Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 60 Trong đó: + q1 : áp lực đất đỉnh cống + q2 : áp lực nước đỉnh cống + q3 : áp lực nước đáy cống + q4 : trọng lượng thân nắp cống + q5 : trọng lượng thân bên cống + q6 : trọng lượng thân đáy cống + p1, p1' : áp lực đất bên thành cống + p2, p2' : áp lực nước bên tác dụng lên bên cống + r : phản lực d Tính tốn nội lực - Các tiêu lý đất đắp đập: + Dung trọng tự nhiên γtn = 1,944 (T/m3) + Góc nội ma sát tự nhiên φtn = 23o + Dung trọng bão hòa γbh = 1,97 (T/m3) + Góc nội ma sát bão hào φbh = 20o - Phương trình đường bão hịa (đã xác định phần tính thấm): Y = √ 326,52−1,55 X Cao trình đường bão hịa vị trí tính toán : y = 10,6m Cao so với đáy cống = 10,6 - 8,825 = 1,775m a Áp lực đất Trên đỉnh: Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 61 - - q1 = KγiZi Trong đó: Zi γi tương ứng chiều dày dung trọng lớp đất đắp đỉnh cống (phần đường bão hịa tính theo trọng lượng tự nhiên; phần đường bão hòa tính theo dung trọng đẩy nổi) K hệ số tập trung áp lực thẳng đứng, phụ thuộc vào điều kiện đặt ống, tra bảng 4–5 (Tính tốn CTTL – Trịnh Bốn) trang 206, ta có K = 1,4 → q1 = 1,4.1,944.26,775 = 72,871 T/m Hai bên: Biểu đồ áp lực bên có dạng hình thang, Trên đỉnh: φ 20 2 p1=q t g 45− =72,871 t g 45− =35,728T /m 2 Dưới đáy: φ p ' 1=q ' t g ( 45− ) Với q‘1 = q1 + Hγđn = 72,871 + (3+ 0,5.2).1,97 = 80,751T/m φ 20 → p ' 1=q '1 t g 45− =80,751.t g 45− =39,591 T /m 2 ( ) ( ( ) ) ( ) b Áp lực nước Gồm áp lực nước bên ngồi bên cống (nếu có) Áp lực nước cống tác dụng đỉnh, bên đáy cống Áp lực nước bên cống tác dụng bên đáy cống Cường độáp lực nước xác định theo quy luật thuỷ tĩnh Do cống khơng có nước nên áp lực nước cống = Trên đỉnh: q2 = γnZ2 Do đường bão hòa đỉnh cống nên q2 = T/m Hai bên: p2 = γnZ2 = T/m p‘2 = γn(Z2 + H) = 1(0 + 1,775 + 0,5) = 2,275 T/m Dưới đáy: q3 = γn(Z2 + H) = 1(0 + 1,775 + 0,5) = 2,275 T/m c Trọng lượng thân Tấm nắp: q4 = γbt.tn = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m), với tn: Chiều dày nắp γbt: dung trọng bê tông, γbt = 2,4 (T/m3) Tấm bên: (phân bố theo phương đứng) q5 = γbt.tb = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m), với tb: Chiều dày bên Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 62 Tấm đáy: q6 = γbt.tđ = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m), với tđ: Chiều dày đáy d Phản lực Biểu đồ phân bố phản lực phụ thuộc loại cách đặt cống, thường r phân bố không đều, song tính tốn xem gần phân bố đều, đó: r =q1 +q 2+ q 4+ q6 + q3 + 2q ( H −t d−t n ) B ¿ 72,871+0+1,2+1,2+2,277+ 2.1,2.3 =79,946 T /m 2+2.0,5 e Sơ đồ lực cuối trường hợp cống khơng có nước Các lực thẳng đứng: Phân bố đỉnh: q = q1 + q2 + q4 = 72,871 + + 1,2 = 74,071 (T/m) Phân bố hai bên thành: q5 = 1,2 (T/m) Phân bố đáy: qn = r – q6 + q3 = 79,946 – 1,2 + 2,275 = 81,021 (T/m) Các lực nằm ngang: Bộ phận đều: P = p1 + p2 = 35,728+ = 35,728 (T/m) Bộ phận tuyến tính : Pt = p1’ + p2’– p1 – p2 = 39,591 + 2,275 – 35,728 – = 6,138 (T/m) VII f Tính tốn thép cho mặt cắt đại diện KẾT LUẬN Sinh viên: Phan Thanh Sỹ 63