Xây dựng cống lộ thiên ven sông z để làm nhiệm vụ tưới nước cho 35 000ha ruộng

Xây dựng Cống Lộ thiên ven s«ng Z ®Ó lµm nhiÖm vô t­íi n­íc cho 35.000ha ruéng, tiªu n­íc cho khu vùc trªn vµ ng¨n lò tõ s«ng vµo. Cèng ®­îc x©y dùng trªn tuyÕn ®­êng giao th«ng cã xe 810 tÊn ®i qua. 2 C¸c l­u l­îng vµ mùc n­íc thiÕt kÕ:ÑeàQtiªumax (m3s)Z®ångmin (m)Zs«ngTK (m)Z®ångmax (m)Zs«ngmin (m)Zs«ngmax (m)Z®ångmin(m)86C865,45,226,656,306,352,353 Tµi liÖu vÒ kªnh tiªu: Z®¸y kªnh = +1,0 m. §é dèc m¸i: m = 1,5. §é nh¸m: n = 0,025. §é ®èc ®¸y: i = 104.4 Tµi liÖu vÒ giã:TÇn suÊt P%235203050V (ms)2826221816145 ChiÒu dµi truyÒn sãng:Tr­êng hîpZs«ng b×nh th­êngZs«ng maxD (m)2003006 Tµi liÖu ®Þa chÊt: §Êt thÞt tõ cao ®é +2,50 ®Õn +1,0. §Êt c¸t pha tõ +1,0 ®Õn 15,0. §Êt sÐt tõ 15,0 ®Õn 35,0. ChØ tiªu c¬ lý cña ®Êt nÒn cèngLo¹i ®ÊtChØ tiªuThÞtC¸t phaSÐtk (Tm3)1,471,521,41tn (Tm3)1,701,751,69§é rçng n0,400,380,45tn (®é)190230120

Chơng 1: Gi i thi u chung ới thiệu chung ệu chung

I-Tài liệu:

1- Nhiệm vụ: Xõy dựng Cống Lộ thiờn ven sông Z để làm nhiệm vụ tới

n-ớc cho 35.000ha ruộng, tiêu nn-ớc cho khu vực trên và ngăn lũ từ sông vào Cống

đợc xây dựng trên tuyến đờng giao thông có xe 8-10 tấn đi qua

2- Các lu lợng và mực nớc thiết kế:

ẹeà Qtiêumax

(m3/s)

Zđồngmin(m)

ZsôngTK(m)

Zđồngmax(m)

Zsôngmin(m)

Zsôngmax(m)

Zđồngmin(m)

5- Chiều dài truyền sóng:

Trờng hợp Zsông bình thờng Zsông max

6- Tài liệu địa chất:

- Đất thịt từ cao độ +2,50 đến +1,0

- Đất cát pha từ +1,0 đến -15,0

- Đất sét từ -15,0 đến -35,0.

*Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

Loại đấtChỉ tiêu

7- Thời gian thi công: 2 năm.

Chơng II: THIếT Kế CốNG Lộ THIÊN

A- Giới thiệu chung:

Trong đó: d là độ vợt cao an toàn, lấy d = 0,55m.

Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ công) tơng ứng với côngtrình đập bê tông trên nền đất ta có cấp công trình là cấp IV

b- Theo nhiệm vụ công trình: tra bảng P1-2 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học

Thuỷ công) với diện tích tiêu là 35.000 ha ta có cấp công trình là cấp III ( Cụngtrỡnh thứ yếu )

Vậy ta chọn cấp công trình là cấp III

2- Các chỉ tiêu thiết kế:

- Tần suất lu lợng, mực nớc lớn nhất để tính ổn định, kết cấu: P = 1%

- Tần suất mực nớc lớn nhất ngoài sông khai thác: P = 10%

+ Tải trọng của động đất: 1,00

- Hệ số điều kiện làm việc: m = 1,00

- Hệ số tin cậy: Kn = 1,15

B- Tính toán thuỷ lực cống:

Mục đích: xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng.

I- Tính toán kênh hạ lu: theo phơng pháp đối chieỏu với mặt cắt có lợinhất về thuỷ lực

1- Các tài liệu về kênh tiêu:

Vậy ta chọn bề rộng kênh b = 20m

 B=b+2mh = 18+2.1,5.4,22 = 32,66(m)

II- Tính khẩu diện cống:

1- Trờng hợp tính toán: Chọn khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ,

cần tháo Q thiết kế

- QTK = Qtiêumax = 86m3/s

- Z = Zđồng min - ZsôngTK = 5,4 - 5,22 = 0,18(m)

2 0

- g: hÖ sè co hÑp bªn, g = 0,50 + 0,5 = 0,5.0,98 + 0,5 = 0,99

- 0 =0,98

h 4444.14 m

Zh

p

 b = . . . 2. .( )

H g h

81 , 9 2 22 , 4

Chiều rộng trụ pin: 1(m), lợn tròn: R = 0,5m

Vậy: 0 =

d b

,

11

4 , 11

 = 0,919 9 , 2  g= 0,96

- Tính hệ số ngập n

Chọn đờng cánh và trụ pin lợn tròn có : R = 0,5(m)

Tra bảng (14-12-Bảng tra thuỷ lực) với mức độ cửa vào tơng đối thuận với m

b

Q

8 , 11

22 , 4

h

= 1,4

Nh vậy thoả mãn điều kiện ngập

Vậy: kết quả tính lại lần 2 là chính xác

III Tính toán tiêu năng phòng xói.

1 Trờng hợp tính toán: Trờng hợp mực nớc sông nhỏ nhất và mực nớc

đồng lớn Nhng trờng hợp này do yêu cầu dâng nớc mà không mở hết cửa van,chỉ mở đủ để tháo lu lợng thiết kế, ở đây cũng yêu cầu tính với chế độ mở đềucác cửa

Tức là phía hạ lu mực nớc xuống cao trình: +3,30m

Phía thợng lu mức nớc ở cao trình: +6,65m

chọn Qtt = 86m3/s = Qmax

tiêu

2 Lu lợng tính toán tiêu năng: Xét trong trờng hợp mực nớc hạ lu cống

không phụ thuộc lu lợng tháo qua cống Khi mực nớc thợng lu đã khống chế,

Qtt chính là lu lợng tháo thiết kế của cống

Khi đó cần xác định độ mở a của cống theo công thức chảy dới cửa cống Q=bhc 2gH o  h c

=ba 2g(H o  a)

Trong đó: :hệ số co hẹp bên; F(c) = 3/2

o bH

Q



4 , 4 8 , 11 95 , 0

Z2: độ chênh lệch cột nớc cửa ra của bể tính nh đập tràn chảyngập:

Z2 = '' 2

2 2

2

2

).(2

q h

29,7

q



Tra bảng (15-1) ta có: c’’ = 0,678  h"c = Eo c’’ = 4,40,678 =2,98m

29 , 7

2

2

5 , 3 62 19

29 , 7 1 2 95 , 0 62 ,

19

29 , 7

Ta thấy d0 d1 vậy phép tính trên là đợc Ta chọn d = 0,98(m).

+ Chiều dài bể tiêu năng: Lb = L1 + Ln

Trong đó: L1: chiều dài nớc rơi từ ngỡng cống xuống sân tiêu năng

I - Thân cống: bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận khác.

1 Cửa van: chọn cửa van phẳng

2 Tờng ngực:

a - Các giới hạn của tờng

+ Cao trình đáy tờng: Zđt = Ztt + 

Ztt: cao trình mực nớc tính toán Ztt = 4,40m

: độ lu không lấy  = 0,6 m

Vậy Zđt = 4,40 + 0,6 = 5,0 m Lấy Z đáy = 5,0(m)

+ Cao trình đỉnh tờng : lấy bằng cao trình đỉnh cống, đợc xác định theo 2 côngthức:

Z1 = ZsôngTK + h + s+ a (1)

Z2 = ZsôngThực+ h’ + s’+ a’ (2)

Trị số cao trình đỉnh sẽ lấy giá trị lớn trong 2 công thức trên

* Tính Z1

Tính h: Độ dềnh do gió ứng với ZsôngTK : h = 210-6 cos 

.

2

H g

D V

Trong đó: V: Vận tốc gió lớn nhất V = 28 m/s

Theo công thức s = Ks.hs1%.h

Giả thiết trờng hợp đang xét là sóng nớc sâu H > 0.5

tính các đại lợng không thứ nguyên

7 7567 28

3600 6

81 9

;  23

V

g

5 2 28

200 81 9

2

14 3 2

51 1 81

) tra đồ thị P2-2 ta có: K = 2.4Vậy h1% = 2.4 0.24 = 0.58

D V

V: vận tốc gió bình quân lớn nhất V = 18 (m/s)

D: đà gió ứng với mực nớc lớn nhất D = 300 (m)

H: cột nớc trong sông H = 6,0(m)

h' = 210-6 2 0 , 025 10 3

5 81 9

9

;  4 2

V

g

1 9 18

300 81 9

38 1 81 9 2

2 2

Độ cao an toàn a = 0,4 m

Vậy: Z2 = 7.10 + 0,025.10-3 + 0.09 + 0.4 = 7,59(m)

Ta thấy: Z2 > Z1 vậy chọn Z2 = 7,59(m) = Z đỉnh tờng

b, Kết cấu tờng: gồm dầm đỡ và bản mặt Bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh và đáy

t-ờng Bản mặt đổ liền khối với dầm chiều dày bản mặt 0.4m và đợc chính xáchoá trong tính toán kết cấu ở phần sau

3 - Cầu công tác: là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van chiều cao sàn

công tác cần đảm bảo khi kéo van lên hết, cửa van còn khoảng trống để đ a van

ra khỏi cống khi cần thiết để thay thế, sửa chữa

Kết cấu cầu công tác bao gồm: Dầm đỡ, bản mặt, cột trống cao trình đỉnhcầu công tác: +14,0 m

Bề rộng: 6m

4 - Khe phai và cầu thả phai: bố trí ở đầu và cuối cống, để ngăn nớc giữ

cho khoang cống khô giáo khi cần sửa chữa

Cao trình mặt cầu thả phai: 7,59 m

Bề rộng mặt cầu: 1.0 m

5 - Cầu giao thông: cao trình mặt cầu :7.2 m,rộng : 6 m

6 - Mố cống: bao gồm 1 mố giữa và 2 mố bên trên mố bố trí khe phai và

khe van

Mố dày1 m,khe phai:25 cm x 25 cm,khe van:30 cm x 30 cm,mố giữa lợntròn R = 0.5 m

7 - Lực lún: do cống mở nên không cần bố trí khe lún.

8 - Bản đáy: chiều dày bản đáy sơ bộ chọn: 1m

II - Đờng viền thấm

Bao gồm: bản đáy cống, sân trớc, các bản cừ, chân khay

1, Sân trớc: vật liệu làm sân là bê tông

Chiều dài sân: Ls =3H ; Ls = 3 4,4 =13,2(m)

chiều dày: đầu sân lấy t1 = 0.6m

a - Vị trí: do cống chịu áp lực nớc từ 2 chiều thuận nghịch nên ta bố trí cừ

ở phía có đầu nớc cao hơn

b - Chiều dài đóng cừ: vì tầng thấm dày nên ta chỉ đóng cừ đến một độ

sâu nhất định (cừ treo) Chiều dài cừ S = (0.6 1)H

S = 0.8H = 0.8  4,4 = 3,52(m) ta lấy S = 3,5(m)

Chiều dày tờng cừ: 0,4(m)

Chiều rộng cừ lấy: 0,6(m)

Vật liệu làm cừ: bê tông cốt thép

3 - Chân khay: làm ở 2 đầu bản đáy cắm sâu vào nền để tăng ổn định và

kéo dài đờng viền thấm

4 - Thoát nớc thấm : do cống làm việc 2 chiều nên 1 đoạn sân tiêu năng

phía sông tiếp giáp bản đáy không đục lỗ Đoạn này đóng vai trò nh 1 sân trớcngắn khi nớc sông lớn.Ta chọn 1 đoạn không đục lỗ là 6(m)

5 - Sơ bộ kiểm tra chiều dài đờng viền thấm.

Kiểm tra theo điều kiện sau: Ltt  C H

Trong đó: Ltt = Lđ +

m

L n

(chiều dài tính toán đờng viền thấm)

Lđ: chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng:

Lđ = 0,6+24,5+0,4+0,6+0,4 = 11(m)

Ln: Tổng chiều dài đoạn nằm ngang ; Ln = 16,5+12+6=34,5 m

m: hệ số hiệu quả trên hai cột nớc thấm trên các đoạn thẳng đứng so vớicác đoạn nằm ngang Vì có 1 hàng cừ nên m = 1.5

C: hệ số phụ thuộc vào loại đất nền, với cát pha lấy C = 5 (phụ lục 3)H: chênh lệch cột nớc thợng hạ lu cống

Vậy: Ltt = 11 +

5 1

5 34 = 34 (m)+ Trờng hợp trong đồng là mực nớc max và ngoài sông là mực nớc min thì :

III - Nối tiếp cống với thợng hạ lu:

1 - Nối tiếp thợng lu:

Góc mở của tờng về phía trớc lấy với tg1 =

4 1

Hình thức tờng là mặt trụ nối tiếp với kênh thợng lu, đáy đoạn kênh nốitiếp với kênh thợng lu đợc xây bằng đá có chiều dày 0,5m Phía dới có tầng

đệm cát dày 15cm

2 - Nối tiếp hạ lu:

- Góc mở của tờng về phía sau tg2 =

5

1 hình thức tờng là tờng xoắn vỏ

đỗ, chiều dài kéo hết bể tiêu năng

- Sân tiêu năng: Bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí lỗ thoát nớc ở cuối bể.Chiều dày sân xác định theo công thức: t = 0.15.V1 h1

Trong đó: V1 và h1 là lu tốc & chiều sâu chỗ đầu đoạn nớc nhảy Chiềudày lấy ts = 0,4(m)

- Sân sau: đợc xây bằng đá lát khan có bố trí lỗ thoát nớc so le nhau, phíadới có tầng đệm hình thức lọc ngợc.

(m3/s) (Lu lợng đơn vị ở cuối sân tiêu năng)

K: Hệ số phụ thuộc vào chất đất (lấy k = 15)

2 Trờng hợp tính toán: tính toán với trờng hợp chênh lệch mực nớc

th-ợng hạ lu lớn nhất; ở đây ta chỉ tính cho trờng hợp: Mực nớc đồng là mực nớcmin(2), mực nớc sông là mực nớc max(5,0)dòng thấm ngợc

3 Phơng pháp tính:

Tính theo phơng pháp vẽ lới thấm bằng tay

II - Tính thấm cho trờng hợp đã chọn

Mực nớc đồng là 2,0 mực nớc sông là 5,0

1 Vẽ lới thấm: vẽ theo phơng pháp đúng dần

Dựa vào sơ đồ thấm ta xác định đợc n = 20 dải và m = 7 ống dòng

2 Dùng lới thấm để xác định các đặc trng của dòng thấm

a Xác định áp lực thấm đẩy ngợc w đn

Cột nớc thấm tại 1 điểm x nào đó cách đờng thấm cuối cùng i dải sẽ là:

hx = i

n H

H: chênh lệch cột nớc trớc và sau cống: H = 4 0 m

hA = 15.5

20

0 4 = 3.1 (m)

hB = 9.5

20

0 4 = 1.9 (m)

h n B A

III - Kiểm tra độ bền thấm của nền.

1 Kiểm tra độ bền thấm chung:

Theo c«ng thøc: Jtb

n

K k

k

J

= 0 191 191 10 3

15 1

22

5

5 34

4 0



n’=

tt T

L

L ) 0 5 5 (  2  

=

5 16

5 5 0 ) 9 14

= 1.24

n”=

tt T

L1  0 5  5

5 16

5 5 0 10

45 0 1

5 0





= 0.51

ra= 0.44 - 0.42

5 16

4 0 44



tt

T a

Vậy:  = 3.08

 Jtb= 0 0797

08 3 5 16

05 4

Jr: trị số građien thấm cục bộ ở cửa ra Jr = 230.10-3

Jk: Trị số građien thấm tới hạn cục bộ (Tra P3 -1)

Jk phụ thuộc vào  = 9

10

60



d d

Ta có: Jgh = Jk = 0.6 = 60010-3

Nh vậy: Jr < Jk Nên không có hiện tợng xói ngầm cơ học tại mặt cắt cửara

Chơng 5: Tính toán ổn định cống

I - Mục đích và trờng hợp tính toán:

1 Mục đích: Kiểm tra ổn định cống về trợt, lật, đẩy nổi, yêu cầu chỉ kiểm

- ChiÒu dµi têng: Lt = b - 2= 11.8 - 2 =9.8 m

- DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang têng:

F2 = 20,36.5 + 20,22 = 4.7 m2

 Gct = b.[F1 11.8+ F20.44] = 2,4.(0,911.8 + 4.70.44) =43.5 T

Trong đó: + l0 : chiều daứi cửa van; l0= 4.9 +0.3 = 5.2 (m)

+ H: Chiều cao cửa van; H = 4.6+0.5= 5.1 (m)q: Trọng lợng phần dộng của cửa van phẳng tính cho 1 m2 lỗ cống

- AÙp lực nớc phía sông: WS = . n.H s b

2

 = 121.52.11.8 =147.5 T

Điểm đặt cánh tay đòn cách đáy 1 đoạn

Điểm đặt cánh tay đòn cách đáy 1 đoạn

2 - Xác định áp lực đáy móng:

Theo sơ đồ nén lệch tâm:  =

W

M F

12 8

.

11

6

3 2

 690.76 111.54 591.2

Từ công thức:

W

M F

29 591 2

165

76 690



 (T/m2)

min= 2 09

2 283

29 591 2

165

76 690

min max

Trong đó: B: Chiều rộng mảng (chiều rộng // với lực đẩy)

: Dung trọng đất nền (dung trọng đẩy nổi); = đn= n







 1 1

9 0 1

) 61 0 1 ( 52 1 ) 1 (

26 6

t e K n

t



Kt: hệ số thấm (Kt = 210-6 m/s)

e: hệ số rỗng tự nhiên của đất (e = 0.61)

t0: Thời gian thi công công trình (2 năm = 63.072106 (s))

a: hệ số nén của đất (a = 2 m2/N = 2104 m2/T)

h0: Chiều dày tính toán của lớp cố kết lấy = B ; h0 = B = 12 (m)

12 1 2

10 072 63 ) 61 0 1 ( 10 2

2

6 6

m: hệ số điều kiện làm việc m = 1

kn: hệ số tin cậy (công trình cấp III) kn = 1.15

Ntt = Ttl + Ectl - Thl (phơng ngang)= W1 + Ec1 - w2 = 147.5+1.84 -5.9 =143.44 (T)

R: Giá trị tính toán của lực chống trợt giới hạn

R =  P.tg+m1.Ebhl+FC

m1: hệ số điều kiện làm việc có xét đến quan hệ giữa áp lực bị động của

đất với chuyển vị ngang của cống Vì không có tài liệu thí nghiệm trợt nên lấy

m1 = 0,7

Vậy: R = 690.7.tg18o + 0,7 31.9 + 165.20,3 = 296.25 (T)

Do đó; Ntt.nc = 143.44 x 1 = 143.44

Chơng 6 : Tính toán kết cấu bản đáy cống

I - Mở đầu:

1 Mục đích: xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép

trong bản đáy cống (Chỉ yêu cầu xác định sơ đồ ngoại lực, tính kết cấu bản đáycống theo phơng pháp dầm trên nền đàn hồi)

2 Trờng hợp tính toán:

- Tính toán trờng hợp bất lợi về mặt chịu lực của bản đáy (khi chênh lệchmực nớc thợng hạ lu lớn nhất)

3 Chọn bảng tính toán: Việc tính toán kết cấu bản đáy cần tiến hành

cho các băng khác nhau (tính nh bài toán phẳng, lấy chiều rộng băng b = 1 m).Trong đồ án chỉ yêu cầu tính toán cho 1 băng ở sau cửa van

II - Tính toán ngoại lực tác dụng:

Trên 1 băng của mảng các ngoại lực tác dụng lên bản đáy bao gồm: Lựctập trung từ các mố, lực phân bố trên băng, các tải trọng bên

1 Lực tập trung từ các mố:

Đây chính là tổng hợp của áp lực đáy các mố trong phạm vi của băng

đang xét Thờng xét riêng cho từng mố

T1, T2: áp lực ngang của nớc từ thợng, hạ lu truyền qua khe van (khi van

đóng)

Các lực G3, G4, G5, G6, T1, T2 tính trong phạm vi phụ trách của mố (nửanhịp cống khi tính cho 2 bên, hai nửa nhịp 2 bên khi tính cho mố giữa)

Kết quả tính theo bảng sau:

Loại mố G1 G2 Trị số của lực tác dụng lên mốG3 G4 G5 G6 T1 T2

Wm: Mô đun chống uốn của đáy mố

 M0:Tổng mô men ngoại lực lấy với tâm đáy mố

a Tính cho mố bên: Fmb = 6 (m2)

6

12 5 0 6

2 2

22 136

22 136

d: Chiều dày mố ở đáy (d = 0.5m)

i i

q

Trong đó: 2L: Chiều dài băng đang xét (2L = 14m)

 P'K = -2 (20.4 + 24.2) = -89.2 (T)

 qi = qo + q1 + q2 + q3 = -1.3 – 2.5 + 5.45 + 8 = 9.7 (T/m)Vậy: Q = -89.2 + 14  9.7 = 46.6 (T)

b Phân phối Q cho mố và bản đáy

Xác định vị trí trụ trung hoà : Y0=

d m

d m

F F

Y F Y F

5 0 1 14 25 4 5 5 6 1

0.85 (m)

Vẽ biểu đồ momen tĩnh Sc của băng tính toán Sc = Fc.yc

S F h

F



 A1= 135 2

2 / 3

2 31 5 6





A2 = 12 6

2 / 3

9 18 1

2 135 6

46

2 1

A

(T)

Qđ = Q - Qm = 46.6 – 42.63 = 3.97 (T)

Phân Qm Cho các mố theo tỉ lệ diện tích

ở đây ta bố trí các mố có diện tích bằng nhau lên Qm phân bố tơng đơngnhau

P’1 = P’2 = P’3 = P’4 = P’5 = Fm 8.526

55.6

63.425

q4= 0 , 142

14 , 2

97 3

d h b h

 (T); vị trí E so với đáy là yủ =

5 2

Tải trọng xe đi lại qs = 10 (T/m)

III Tính toán nội lực và phân bố cốt thép:

Dựa vào các lực tác dụng và tải trọng phân bố trong móng ,thân cống tadùng phơng pháp tra bảng để tra ra nội lực và phân bố thep sao cho phù hợp ,

đảm bảo điều kiện ổn định chịu lực

Kết luận

Qua đồ án này em đã hiểu rõ công việc tính toán thiết kế và quy trình tínhtoán, lựa chọn các kết cấu công trình cống lộ thiên,điều kiện làm việc của cống

và những yêu cầu kỹ thuật trình trong quá trình thiết kế

Trên đây là toàn bội nội dung đồ án mà em đã đợc giao Do trình độ cóhạn nên trong quá trình làm bài không tránh khỏi những sai sót chủ quan, emrất mong có đợc sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn để em có điều kiện khắcphục những sai sót đã mắc phải

Cuối cùng em chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Thuỷ công

và thầy giáo hớng dẫn đã chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này