Bài giảng công trình trên hệ thống thủy lợi chương 3 cống lộ thiên

 Chức năng: tạo sự thuận dòng, giảm tổn thất cột nước..  Chức năng: Tiêu năng phòng xói; nối tiếp dòng chảy từ xiết... THIẾT KẾ TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI I- Đặc điểm dòng chảy qua cống thay

H T L

CHƯƠNG 3-CỐNG LỘ THIÊN

3-1 KIẾN THỨC CHUNG

I- Khái niệm:

1 Cống:

chế mực nước trên kênh, sông

2 Cống lộ thiên:

§ H T L

II- Phân loại cống (theo chức năng,

nhiệm vụ):

1 Cống lấy nước (từ sông, hồ, kênh).

2 Cống điều tiết: đặt trên kênh để khống chế mực

T

L

§ H T L

4 Cống phân lũ:

khác => bảo vệ cho hạ lưu

5 Cống ngăn triều:

6 Cống tháo cát:

7 Cống đa chức năng:

T

L

H T L

III- Cỏc bộ phận của cống

1

3 4

Phía đồng 2

+1.80

+ 9.60 16 15

10 9 -3.50 -3.50

13 14 5

14

- 14.50 12

+5.20 + 3.20 6

9

8 117

- 4.50 -6.00 19

18

17 +4.50

Hỡnh 14-3 Cắt dọc cống Lõn II (Thỏi Bỡnh – Xõy dựng 1996)

1 Kờnh dẫn thượng lưu 2 Bảo vệ mỏi thượng lưu 3 Sõn trước bằng đỏ xõy 4 Cầu thang mỏi kờnh thượng lưu

5 Sõn trước bằng bờ tụng CT 6 Tường cỏnh thượng lưu 7 Cầu giao thụng 8 Mố trụ

9 Khe phai 10 Cửa van 11 Tường ngực 12 Bản đỏy cống

13 Cọc bờ tụng cốt thộp 14 Cừ chống thấm 15 Cầu cụng tỏc 16 Cầu thả phai

17 Tường cỏnh hạ lưu 18 Mố tiờu năng 19 Bản đỏy bể tiờu năng 20 Sõn sau bằng bờ tụng CT

21 Sõn sau bằng đỏ xõy 22 Cầu thang mỏi kờnh HL 23 Bảo vệ mỏi hạ lưu 24 Hố xúi dự phũng

25 Kờnh hạ lưu

Ghi chỳ: Kớch thước cm

§ H T L

§ H T L

2 Phần nối tiếp thượng lưu.

 Chức năng: tạo sự thuận dòng, giảm tổn thất cột nước.

 Các bộ phận:

- Tường cánh thượng lưu.

- Sân trước (có thể kết hợp chống thấm hoặc không).

3 Phần nối tiếp hạ lưu.

 Chức năng: Tiêu năng phòng xói; nối tiếp dòng chảy từ xiết

T

L

T

L

§ H T L

§ H T L

2 Mực nước thượng lưu (Z t )

v ) k 1

( 2

;Q

Qk

§ H T L

a) Cống lấy nước (tiếp):

§ H T L

3 Lựa chọn cặp (Zt, Zh) thiết kế.

10 t

t

§ H T L

II- Lựa chọn kiểu ngưỡng cống & lưu

lượng đơn vị:

1 Chọn lưu lượng đơn vị (q).

 Ý nghĩa. q ảnh hưởng đến:

- Vấn đề nối tiếp và tiêu năng

 Kinh nghiệm: chọn q nhỏ trong các trường hợp:

- (Zt-Zh) lớn

- hh nhỏ

- Nền yếu, dễ xói

- Cống có quy mô lớn

§ H T L

 Thường chọn ngưỡng đỉnh rộng khi:

- cần hạ thấp cao trình ngưỡng (cống tiêu).

- khi q đã định, không đòi hỏi hệ số lưu lượng lớn.

- khi thời gian thi công gấp rút

 Dùng ngưỡng thực dụng khi:

đáy kênh đã định (theo địa hình) mà cần

nâng ngưỡng để giảm q, giảm chiều cao

van.





§ H T L

Q b

Xác định theo quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn

H T L

§ H T L

3 o n

H /

h f

H g 2 m

Q b

, 0

m f

H g 2 m

Q b

g n

2 /

3 o g

H T L

( g 2 ab

H T L

b) Chảy ngập

 Sơ đồ:

;h

h

h

ha

4M

;2

M)

4

MH

(Mh

h

;)hH

(g2ab

Q

c h

c h

2 2

o

2 h z

z o

§ H T L

3-3 THIẾT KẾ TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI

I- Đặc điểm dòng chảy qua cống

thay đổi, thường xuất hịên nước nhảy sóng, khó tiêu năng.

Bcống thường << Bkênh => dễ sinh chảy ngoằn ngoèo.

lưu cống chủ yếu do nước nhảy sóng, dòng chảy

ngoằn ngoèo, mạch động lưu tốc và áp lực.

§ H T L

II- Bố trí chung thiết bị tiêu năng hạ lưu.

1 Hạ lưu không ảnh hưởng triều => sơ đồ tiêu năng

truyền thống:

- Đáy: kết cấu BTCT (hoặc đá xây) liền khối, có đục lỗ

thoát nước, phía dưới có tầng lọc ngược

- Trên mặt đáy có thể bố trí thiết bị tiêu năng phụ (mố,

răng, ngưỡng …)

- Tường cánh hạ lưu: chọn độ mở thích hợp => tránh tách dòng

thường tgθ =

- Kích thước bể tiêu năng (d , L ): xác định theo thuỷ lực

4

1 6

1



§ H T L

 Sân sau:

- Là đoạn gia cố chống xói trên kênh hạ lưu,

đoạn nối ngay sau BTN (có mạch động lớn).

o Kết cấu loại mới: thảm đá, mảng bêtông tự lựa …

§ H T L

2 Hạ lưu chịu ảnh hưởng triều:

 Đặc điểm: mực nước hạ lưu thay đổi thường xuyên, dễ

hình thành nước nhảy sóng và dòng chảy ngoằn ngoèo, khó tiêu năng

 Bố trí: về cơ bản vẫn là sơ đồ chung Bể tiêu năng – sân

sau, nhưng có nét riêng:

- Trên đáy bể TN thường bố trí 1-2 gờ => tăng cường

khuếch tán dòng chảy theo phương đứng và ngang

Vị trí và chiều cao gờ hợp lý: xác định bằng thí nghiệm

mô hình TL

- Cuối sân sau thường bố trí hố chống xói => dòng chảy

đạt được trạng thái chảy êm bình thường khi chảy vào

kênh HL

H T L

+2.50 +2.00

-6.00

H T L

III- Nước nhảy sóng – tác hại -

biện pháp chống.

1 Điều kiện: khi năng lượng thừa

không lớn,

h’’c/hc ≤ 2

=> không thể tạo ra nước nhảy

tại chỗ hay nhảy ngập

2- Hiện tượng: tạo một sóng

đứng ở đầu BTN, tắt dần trên 1

đoạn dài của dòng dẫn

§ H T L

3 Tác hại:

- Khả năng tiêu hao năng lượng kém

- Dòng chảy dập dềnh trên một đoạn dài => gây xói hạ lưu

4 Biện pháp chống:

Đặt gờ triệt tiêu nhảy sóng ở cuối ngưỡng cống (đầu BTN)

=> tạo nước nhảy ngập

Sự thay đổi dạng nư ư ớc nhảy khi có ngưỡng đầu bể

H T L

1

2

§ H T L

IV- Dòng chảy ngoằn ngoèo - biện pháp khắc phục.

1 Điều kiện:

- Khi cống không mở đều các cửa

- Khi tường cánh hạ lưu có góc mở quá lớn

2- Hiện tượng:

- Chủ lưu uốn lượn ngoằn ngoèo

- Hình thành các xoáy có trục đứng ở 2 bên => ép chủ lưu, làm tăng q cục bộ

Dòng chảy ngoằn ngoèo sau cống

§ H T L

3 Tác hại:

- Gây xói đáy & bờ lòng dẫn sau BTN.

- Ảnh hưởng trên 1 phạm vi dài.

a) Trong thiết kế:

 Chọn góc mở tường cánh hạ lưu thích hợp

- Khi HL không có thiết bị tiêu năng:

h - chiều sâu dòng chảy HL.

H

h 3

2 tg







§ H T L

- Khi HL có thiết bị tiêu năng:

h- chiều sâu nước tính từ đáy BTN.

P- chiều cao thiết bị TN (tường, mố …).

- Áp dụng: khi Bk >>Bc.

- Bố trí: kéo dài các trụ pin ở thân cống về hạ lưu.

Chiều cao tường phân dòng:

h /

H 2

1 1

§ H T L

theo phương dọc

- Cắt các băng cống theo phương ngang; các băng làm

việc độc lập

σy

q

H T L

- Ưu điểm: tính đơn giản, nhanh;

- Nhược điểm: độ chính xác thấp (chưa xét tính toàn khối, chưa xét quan hệ CT-nền)

- Áp dụng: cống nhỏ, nền cứng

W

M F

min max,    



H T L

a) Xác định lực tác dụng:

theo công thức nén lệch tâm (phương ngang: đều).

H T L

a) Xác định lực tác dụng (tiếp):

Theo ĐK cân bằng:

Q + ∑P’i + 2L·∑qj = 0;

2L - chiều dài băng (chiều rộng bản đáy)

∑qj - tổng (đại số) các lực phân bố đều

 Phân phối Q cho các phần của mặt bên:

§ H T L

- Vẽ biểu đồ Sc

- Tính diện tích A1, A2 tương ứng với trụ và bản đáy

- Phân cho trụ:

Q1 phân cho từng trụ theo tỷ lệ diện tích:

- Phân cho bản đáy:

Q2 = Q – Q1;

Q2 phân đều cho bản đáy:

; A A

A Q

Q

2 1

1 1







; F

F Q

P

i

i 1

'' i

§ H T L

§ H T L

b) Tính nội lực (phương ngang):

Tính theo dầm trên nền đàn hồi

Phương pháp: Winkler, Gorbunôp-Pôxađôp (tra bảng)

- Đã xét ảnh hưởng của tải trọng bên

- Chưa tính được cốt thép phương dọc

§ H T L

II- Tường ngực.

1 Tác dụng:

- Giảm chiều cao van, giảm lực mở van

- Tăng độ cứng hướng ngang

2- Phạm vi bố trí:

- Phía trên: đến đỉnh cống

- Phía dưới: đáy tường = MNTT + δ

MNTT = mực nước khi tính khẩu diện

δ - độ cao an toàn

H T L

Nối tiếp với trụ: thường đổ liền khối.

4 Tính toán kết cấu:

- Theo chiều đứng: Dầm đơn hoặc dầm liên tục.

- Theo chiều ngang: dầm 2 đầu ngàm vào trụ Tải trọng: áp lực nước, sóng gió …

- Sơ đồ: Dầm 2 đầu ngàm vào trụ.

- Tải trọng: phản lực gối đỡ khi tính bản mặt.

§ H T L

III- Tính toán trụ (trụ pin, trụ biên).

1 Lực tác dụng:

- Trọng lượng bản thân, thiết bị

- Áp lực nước truyền từ van, phai

- Áp lực nước 2 bên

- Áp lực đất (lên trụ biên)

2- Các trường hợp và sơ đồ tính toán:

a) Khi thi công:

- Sơ đồ: nén lệch tâm

- Tải trọng: trọng lượng bản thân, máy thi công

- Ứng suất đáy trụ:

; W

M W

M F

min max,      



§ H T L

Sơ đồ: thanh chịu kéo với tổng lực ngang Q.

Tổng diện tích thép bố trí 2 bên khe:

(chịu lực tập trung từ càng van truyền tới).

; m

k

n R

Q

a

H T L

Các nội dung kiểm tra độ bền của tai van:

- Khả năng chống cắt (mặt tiếp giáp tai và trụ)

- Khả năng chống uốn (sơ đồ dầm côngxôn)

- Khả năng chống phá vỡ do ép mặt(trên mặt trục quay tỳ vào tai van)

H T L

 Tính toán kết cấu tổng thể mố trụ van cung:

• Phân tích ứng suất: Xác định trị số, phương

§ H T L

c) Khi kiểm tra, sửa chữa cống:

Đóng chặt một khoang, 2 bên vẫn làm việc.

Sơ đồ tính: Trụ chịu nén + uốn theo 2 phương Nội dung: Tính ứng suất (max, min) => kiểm tra điều kiện bền, bố trí cốt thép.