Thiết kế hồ chứa nước kim sinh

Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh PHẦN I: TÌNH HÌNH CHUNG VÀ TÀI LIỆU CƠ BẢN CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN §1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH I. VỊ TRÍ ĐỊA LÝ - Hồ chứa nước Kim Sinh nằm địa phận xã Quất Đông Huyện Móng Cái Tỉnh Quảng Ninh. Phía tây cách Thị Xã Móng Cái 10 km, phía nam cách đường quốc lộ số khoảng 600m, phía bắc giáp với lưu vực sông Ka Long, diện tích lưu vực hồ vào khoảng 11km2. II. ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH ĐỊA MẠO Lưu vực hồ nằm vùng đồi trọc, tầng phủ mỏng. Địa hình thấp dần từ Bắc xuống nam. Nhìn chung lưu vực này, sông suối có chiều dài tương đối nhỏ nên lưu lượng nhỏ . Sông suối vùng thường uốn khúc quanh co quanh sườn đồi. Khu hồ chứa khu hồ chứa thấp dần từ bắc tới nam. Khu vực tưới độ dốc thấp dần từ tây sang đông, ruộng đất đại phận bậc thang có địa hình cao thấp không đều. §1.2. ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN I . CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG Lưu vực hồ nằm vùng có khí hậu Đông Bắc, chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, khí tượng vùng chia làm hai mùa rõ rệt mùa mưa mùa khô. a) Mùa mưa từ tháng 5- 10 b) Mùa khô từ tháng 11- Tình hình khí tượng xác định trạng khí tượng Móng Cái cách lưu vực 10km c) Nhiệt độ d) Nhiệt độ trung bình hàng năm 200 C e) Nhiệt độ ngày lớn 390C f) Nhiệt độ ngày nhỏ 110C g) Gió GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh - Gió chia làm hai mùa - Gió mùa Đông Bắc ảnh hưởng từ tháng 10- 4. Hướng gió Bắc Đông Bắc. - Gió mùa Đông Nam ảnh hưởng từ tháng 5- hướng gió Nam Đông Nam. - P4% ;V= 22(m/s ) ; D= 1.2km - P50% ; V’= 15(m/s) ; D’=1.43km e. Mưa Lượng mưa phân bố tương đối đều, lưu vực hồ nhỏ mặt khác lại nằm đồi núi thấp. - Lượng mưa trung bình nhiều năm: 2800(mm) - Lượng mưa năm lớn :4118.9(mm) - Lượng mưa nhỏ : 1732.5(mm) - Lượng mưa ngày lớn : 384.6(mm) f. Lượng bốc Do đặc điểm lưu vực mưa nhiều độ ẩm tương đối lớn nhiệt độ giảm dẫn đến lượng bốc giảm so với vùng khác. - Lượng bốc bình quân tháng: 62(mm) - Lượng bốc lớn Tháng I II III IV : 89(mm) V VI VII VIII IX X XI XII ∆h (mm) 12.7 11.5 12.6 14.1 19.5 18.4 18.5 16.9 16.7 17.1 14.2 13.7 - Lượng bốc nhỏ : 46(mm) II) CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN DÒNG CHẢY Trong khu vực đại phân đồi trọc, sông suối dây ngăn nước. Sông dài sông Quất Đông với chiều 6.13km với độ dốc trung bình 0.0072. Lưu vực nằm vùng đá cổ phủ lớp đất thịt lẫn cát sỏi hạt thô. 1. Dòng chảy năm thiết kế Căn vào dòng chảy hàng năm lưu vực tính toán lượng nước đến tháng năm tương ứng với tần suất p=85% sau: GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Bảng1.2:Dòng chảy năm thiết kế Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Cả năm Tần số phân 11.21 12.41 33.8 23.8 7.91 1.51 0.937 0.887 0.937 0.775 4.84 100 phối P=85% Wđến 2.01 5.46 3.85 1.82 1.82 0.24 0.15 0.142 0.15 0.117 0.162 0.785 16.706 (10 m³) 2. Dòng chảy lũ Đặc trưng dòng chảy lũ thiết kế có liên quan mật thiết tới an toàn công trình. Lưu lượng đỉnh lũ tổng lượng lũ ứng với tần suất khác cho bảng sau: - Đường trình lũ dạng tam giác có Txuống=2Tlên Bảng 1.3: Dòng chảy lũ Tần suất Lưu lượng Q (m³/s) Tổng lượng P=0,2% P=1% P=5% P=10% 376.8 314.4 264 237.6 6.104 5.0932 2.997 2.495 7.5 W.106(m³) Tlũ(giờ) 3. Dòng chảy bùn cát -Wll:Bùn cát lơ lửng:Wll=550(tấn/năm) -Wđ:Bùn cát đáy,Wđ=20%Wll=0,2*550=110(tấn/năm) -γll trọng lượng riêng bùn cát lơ lửng γll=0,9(tấn/m³) -γđtrọng lượng riêng bùn cát đáy γđ=1,6(tấn/m³) §1.3.ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT Toàn lưu vực hồ nước nằm vùng đá cổ rắn phủ mặt loại đá dăm sỏi sét pha bị phong hóa. I.ĐỊA CHẤT VÙNG HỒ GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh 1)Khả nước Lưu vực nằm đá cổ hang Karsto sét lấp đầy nên việc nước thấm không đáng kể. 2)Sạt lở bờ Khả sạt lở bờ xảy mức độ sạt lở ít. Do toàn đồi trọc có độ cao không lớn. 3)Bồi lắng Theo tài liệu địa chất cho thấy khu vực hồ rãnh xói, dốc trượt, việc hình thành dòng chảy rãnh không có. Đất đai vùng hồ khả sinh bồi lắng nhỏ, không đáng kể. 4)Khoáng sản, khả ngập Vùng hồ chứa mỏ khoáng sản quý nên không đề cập đến vấn đề này. Về ngập lụt: vào cao trình mặt đất khu vực hồ chứa mực nước hồ ngập thường xuyên cao trình (+25.0) trở xuống diện tích bị ngập lụt 159ha có 47ha đất canh tác. II)ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Tuyến công trình đầu mối hồ chứa Kim Sinh đặt xã Quất Đông huyện Móng Cái tỉnh Quảng Ninh. Sau bóc bỏ lớp phong hóa có chiều dày khoảng 0.51.2m tuyến đập đá nứt nẻ nhiều. §1.4.VẬT LIỆU XÂY DỰNG I)ĐẤT ĐẮP ĐẬP Qua khảo sát ta thấy bãi vật liệu nằm phân tán đồi hai bên bờ suối.Cự ly bãi đến vị trí đập từ 400÷500m. Loại đất hầu hết đất sét pha cát loại đất sét dăm sạn. Các tiêu lý đất đắp sau: Chỉ tiêu Đất đắp đập γ (T/m³) Tự Bão nhiên hòa γtn γbh 1.8 2.01 ϕ(độ) Tự Bão hòa nhiên ϕtn ϕbh 19 17 C(T/m²) Tự nhiên Bão hòa 2.34 Hệ số thấm k=10-6 m/s II)VẬT LIỆU CHỐNG THẤM GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Vật liệu chống thấm đất sét có hệ số thấm Ko= × 10 −8 (m/s) III) CÁC LOẠI VẬT LIỆU KHÁC 1) Đá Đối với đá dùng đề lát mái khai thác cách vị trí đập 800m. Đá xây: Các bãi xung quang công trình đá đạt yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật mà phải khai thác mỏ đá hoa cương cách công trình khoảng 5km, đá có chất lượng tốt, trữ lượng tương đối dồi dào. 2) Cát Tại khu vực lân cận qua thăm dò cho ta thấy bãi gần công trình chất lượng thấp không sử dụng mà phải khai thác từ xa. Cự ly khai thác cách chân công trình khoảng 10km. Trữ lượng cát tương đối nhiều. § 1.5. TÀI LIỆU HỒ CHỨA 1) Đường đặc tính dung tích hồ chứa Bảng 1.4 Đường đặc tính dung tích hồ chứa Z (m) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 W(10 m ) 0.2 0.3 0.65 2.5 4.0 6.3 9.2 12.5 16 F(10 m ) 2.5 4.2 6.5 8.4 10 14 16.8 19 II) ĐƯỜNG QUAN HỆ GIỮA MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG TUYẾN HẠ LƯU. Bảng 1.5: Đường quan hệ mực nước lưu lượng tuyến hạ lưu. Q (m3/s) 12 20 30 40 50 60 70 Z(m) Q(m3/s) Z(m) 4.64 80 5.43 4.75 90 5.54 4.86 100 5.65 4.96 110 5.76 5.07 120 5.87 5.17 130 5.98 5.26 140 6.1 5.35 150 6.22 GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI §2.1. TÌNH HÌNH DÂN SINH XÃ HỘI I) DÂN CƯ VÀ ĐỜI SỐNG Dân cư toàn huyện 59000 người, nghề nghiệp chủ yếu họ làm ruộng, khai thác rừng trồng rừng, họ có nghề truyền thống chăn nuôi. II) PHÂN BỐ RUỘNG ĐẤT VÀ SẢN LƯỢNG NÔNG NGHIỆP Diện tích canh tác toàn huyện 5515 ha. Hồ Kim Sinh phụ trách tưới cho 1300ha lúa, hoa màu số công nghiệp. III) GIAO THÔNG VẬN TẢI Lưu vực hồ gần đường quốc lộ nên thuận lợi cho chở vật liệu đường thi công công trình. Do đó, giảm nhiều chi phí khác thi công công trình. §2.2. HIỆN TRẠNG THUỶ LỢI VÀ YÊU CẦU DÙNG NƯỚC I. HIỆN TRẠNG THỦY LỢI TRONG KHU VỰC Các công trình thủy lợi phục vụ sản xuất tương đối chưa đầu tư mức. Cũng có số công trình xây dựng từ lâu vào khai thác phục vụ nhu cầu dùng nước nhân dân. GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ GIẢI PHÁP THỦY LỢI §3.1. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH. I) PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Do nằm vùng đồi núi thấp nên thu nhập chủ yếu nhân dân trồng trọt nên xuất phát từ nhu cầu sản xuất nông nghiệp, việc xây dựng hồ Kim Sinh cần thiết để phục vụ sản xuất sinh hoạt nhân dân vùng. Vì vậy, việc đầu tư phát triển thủy lợi nhiệm vụ quan trọng hàng đầu địa phương. Công trình thủy lợi phải xây dựng cách kiên cố với quy mô thích hợp, đảm bảo chủ động nước tưới cho toàn diện tích kể vụ chiêm vụ mùa. Công tác nghiên cứu quy hoạch phát triển thủy lợi thực theo hướng trên. Trong việc nghiên cứu xây dựng hồ chứa nước để phục vụ cho nông nghiệp nhiệm vụ trọng tâm cần thiết tình hình thực trạng nay. II) LƯỢNG NƯỚC CẦN Bảng 3.1: Bảng lượng nước cần TTháng Wcần (106m3) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm 0.04 0.04 0.837 0.64 1.858 0.082 0.082 0.49 3.45 0.875 1.11 1.568 11.072 − Cao trình khống chế đầu kênh tưới 15.2m − Lưu lượng Qtk qua cống 1.6( m3/s) − Btràn= 25m III) NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH Hồ chứa nước Kim Sinh có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 1300 ruộng canh tác. Ngoài công trình có nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân phía hạ lưu, kết hợp thả cá. Công trình có khả điều tiết khí hậu. §3.2. GIẢI PHÁP THỦY LỢI Trong khu vực đại phận đồi trọc, sông suối ngắn nước. Sông dài sông Quất Đông chiều dài 6.13km với độ dốc trung bình 0.0072. Lưu vực nằm vùng đá cổ phủ lớp đất thịt lẫn cát sỏi hạt thô. GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Ta nhận thấy tổng lượng nước đến năm sông Quất Đông lớn tổng lượng nước dùng. Nhưng tháng mùa kiệt yêu cầu nước lại dùng lớn lượng nước đến nên lượng nước dự trữ vào tháng mùa kiệt không đảm bảo yêu cầu dùng nước. Vì vậy, giải pháp đắp đập ngăn sông tạo thành hồ chứa để điều tiết dòng chảy, trữ lại lượng nước thừa mùa lũ để đáp ứng yêu cầu dùng nước tháng mùa kiệt. §3.3. GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH Theo quy hoạch thủy lợi tính toán thủy văn, xây dựng hồ chứa. Công trình đầu mối bao gồm: 1) Đập ngăn sông 2) Tràn xả lũ 3) Cống lấy nước GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh PHẦN II: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC GIAO CHƯƠNG 4: QUY MÔ CỦA CÔNG TRÌNH §4.1. CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ I. CẤP CÔNG TRÌNH Căn vào quy phạm thiết kế công trình thuỷ lợi QCVN 04-05:2012 cấp công trình xác định theo hai điều kiện: - Theo nhiệm vụ công trình, vai trò công trình hệ thống. - Theo điều kiện chiều cao công trình. 1.Theo nhiệm vụ công trình, vai trò công trình hệ thống Cấp nước tưới cho 1300ha đất canh tác, ta công trình cấp IV. 2.Theo điều kiện chiều cao công trình Dự kiến đập đất cao khoảng 25m. Nền nhóm B, đập vật liệu địa phương. Tra bảng 1-QCVN04-05:2012 ta đuợc cấp thiết kế cấp II. Vậy ta chọn cấp công trình cấp II II. CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ Theo QCVN04-05:2012 tiêu thiết kế xác định sau: - Tần suất lũ thiết kế kiểm tra: PTK = 1%; PKT = 0,2%. - Hệ số tin cậy hệ số điều kiện làm việc: Kn = 1,15; m = 1,0. - Tần suất gió lớn bình quân lớn nhất: Pmax = 4%; Pbq = 50%. - Tuổi thọ công trình: T = 75 năm. -Mức đảm bảo cấp nước:P = 85% -Hệ số lệch tải: +Trọng lượng thân công trình: n =1.05 +Áp lực thẳng trọng lượng đất gây ra: n =1.1 +Áp lực bên đất: n= 1.2 +Áp lực bùn cát: n= 1.2 +Trọng lượng toàn lớp đất,đá đường hầm: n = 1.1 +Áp lực nước trực tiếp lên bề mặt công trình: n =1.0 +Tác động động đất: n = 1.1 - Hệ số an toàn ổn định cho phép đập đất(TCVN8216 :2009): + Tổ hợp tải trọng bản: [ K] = 1,3. GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh + Tổ hợp tải trọng đặc biệt:[ K] = 1,1. - Độ vượt cao an toàn (TCVN8216:2009): + Với MNDBT: a = 0,7m. + Với MNLTK: a’ = 0,5m. + Với MNLKT: a’’ = 0,2m - Mức đảm bảo sóng xác định sóng leo: P = %. §4.2. LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG Cụm công trình đầu mối Hồ chứa nước KIM SINH gồm hạng mục công trình chính: Đập dâng nước vật liệu địa phương, tràn xả lũ, cống ngầm lấy nước. I. ĐẬP DÂNG NƯỚC: 1. Tuyến đập: Tuyến đập chọn thể bình đồ. Vị trí xây dựng công trình xã Quất Đông huyện Móng Cái tỉnh Quảng Ninh. 2. Hình thức đập: - Tại khu vực xây dựng công trình qua khảo sát xác định mỏ đất có trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo xây dựng đập nên chọn phương án đập vật liệu địa phương. II. TRÀN XẢ LŨ: 1. Tuyến tràn: Công trình tháo lũ tuyến tràn, địa hình bên bờ phải có độ dốc soải thuận lợi nên tràn đặt bên bờ phải. 2. Hình thức tràn: Căn vào tình hình địa hình, em chọn tràn dọc nối tiếp sau tràn dốc nước. 3. Hình thức ngưỡng tràn: Đập tràn đỉnh rộng cửa van điều tiết. III. CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC: Hình thức cống: Cống hộp không áp, có cửa van điều tiết. Tuyến cống đặt bên bờ trái để nhằm phục vụ cho nhu cầu tưới bờ trái. GVHD: Nguyễn Mai Chi 10 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Hình 10.11: Sơ đồ ứng suất tính cấu kiện lệch tâm lớn Trong đó: e: khoảng cách từ điểm đặt lực dọc đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Fa e = ηe0 + 0.5h - a = 36 + 0.5x50 - = 57 cm . e': khoảng cách từ điểm đặt lực dọc đến trọng tâm cốt thép chịu nén F a'. e' = ηe0 – 0.5h + a' = 36 – 0.5x50 + = 15 cm . x: chiều cao vùng nén cấu kiện. + Xuất phát từ phương trình bản: knncN ≤ mbRnbx + maRa'Fa' - maRaFa knncNe ≤ mbRnbx(h0 - x ) + maRa'Fa'(h0- a') + Đây toán xác định Fa Fa' biết điều kiện khác cấu kiện. Điều kiện hạn chế: 2a' ≤ x ≤ α0h0 Chọn x = α0h0 = 0.6x46 = 27.6cm (α = α0 = 0.6, A = A0 = 0.42) k n nc Ne − mb Rn bh02 A0 Fa' = ma Ra' (h0 − a ' ) 1.15 × × 19470 × 57 − × 90 × 100 × 46 × 0.42 Fa' = = -53.89 cm2 1.1 × 2700 × (46 − 4) Vì Fa' < nên ta chọn Fa' theo điều kiện sau: + Fa' ≥ µmin.b.ho = 0.0005x100x46 = 2.30 cm2 + Theo điều kiện cấu tạo: Fa' = 5φ10 = 3.93 cm2. Vậy ta chọn Fa' theo điều kiện cấu tạo Fa' = 5φ10 = 3.93 cm2. Khoảng cách cốt thép 20 cm GVHD: Nguyễn Mai Chi 130 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh + Bài toán trở thành xác định Fa biết Fa' điều kiện khác. k n .nc .N .e − ma .Ra' .Fa' (h0 − a' ) A= mb .Rn .b.h02 A= 1.15 × × 19470 × 57 − 1.1 × 2700 × 3.93 × (46 − 4) = 0.041 × 90 × 100 × 46 α = 1- − 2. A = 0.042 2.a ' × = = 0.174 h0 46 2.a ' Ta thấy α < h tính Fa theo công thức: Fa = k n nc Ne′ ma Ra (ho − a′) Fa = 1.15 × × 19470 × 15 = 2.69 cm2 > µmin.b.ho = 0.0005x100x46 = 2.30 cm2 1.1 × 2700 × (46 − 4) ⇒ Theo điều kiện cấu tạo ta chọn Fa = 5φ10 = 3.93 cm2. Ta bố trí cố thép sau: F a = 5φ10 = 3.93 cm2, khoảng cách cốt thép 20cm. Kiểm tra lại điều kiện: 161cm2 = µmax bh0 > Fa > µminbh0 = 2.3cm2. Vậy hàm lượng cốt thép chọn hợp lý. 2. Kiểm tra lại mặt cắt trần (mặt cắt 1): M1 = 1.06 T.m; Q1 = T; N1 = 19.47 T. Tiến hành tính toán tương tự mặt cắt A ta kết sau: + e0 = M = 5.5 cm N + ηeo = 5.5 cm < 0.3ho = 13.8cm nên cấu kiện chịu nén lệch tâm bé. + e = ηe0 + 0.5h - a = 26.5cm + e' = 0.5h - a' - η.e0 = 15.5 cm GVHD: Nguyễn Mai Chi 131 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Hình 10.12. Sơ đồ ứng suất tính cấu kiện lệch tâm bé Ta có: ηeo = 5.5cm < 0.2ho = 9.2cm nên chiều cao vùng chịu nén tính theo công thức:  x = h - 1.8 +   σa = 1 −   h − 1.4α o ηeo = 41.73 cm. 2ho  ηe o   Ra = 2377.17 daN/cm2. ho  Kiểm tra khả chịu lực cấu kiện: Từ phương trình hình chiếu ta có: Ngh = mbRnbx + maRa’Fa’ - maσaFa Ngh = 1x90x100x41.73+1.1x2700x3.93-1.1x2377.17x3.93 = 376965.59 kg Ta thấy Ngh = 376965.59 kg > N = 19470 Kg. Vậy cấu kiện đảm bảo điều kiện chịu lực. III. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO THÀNH BÊN CỦA CỐNG: 1. Tính toán bố trí cốt thép cho mặt cắt C: MC = 7.44 T.m; QC = 21.51 T; NC = 17.50 T. Tiến hành tính toán tương tự mặt cắt A ta kết sau: + e0 = M = 42.51 cm. Vậy cấu kiện lệch tâm lớn. N + e = ηe0 + 0.5h – a = 63.51 cm + e' = ηe0 – 0.5h + a' = 21.51 cm. Fa' = Fa' = k n nc Ne − mb Rn bh02 A0 ma Ra' (h0 − a ' ) 1.15 × × 17500 × 63.51 − × 90 × 100 × 46 × 0.42 = -53.87 cm2 1.1 × 2700 × (46 − 4) GVHD: Nguyễn Mai Chi 132 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Vì Fa' < nên ta chọn Fa' theo điều kiện sau: + Fa' ≥ µmin.b.ho = 0.0005x100x46 = 2.30 cm2 + Theo điều kiện cấu tạo: Fa' = 5φ10 = 3.93 cm2. Vậy chọn Fa' theo điều kiện cấu tạo: Fa' = 5φ10 = 3.93 cm2 Khoảng cách cốt thép 20 cm + Bài toán trở thành xác định Fa biết Fa' điều kiện khác. k n .nc .N .e − ma .Ra' .Fa' (h0 − a ' ) A= mb .Rn .b.h02 A= 1.15 × × 17500 × 63.51 − 1.1 × 2700 × 3.93 × (46 − 4) = 0.041 × 90 × 100 × 46 α = 1- − 2. A = 0.042 2.a ' × = = 0.174 h0 46 2.a ' Ta thấy α < h tính Fa theo công thức: Fa = k n nc Ne′ ma Ra (ho − a′) Fa = 1.15 × × 17500 × 21.51 = 3.47 cm2. 1.1 × 2700 × (46 − 4) ⇒Chọn Fa theo điều kiện cấu tạo: Fa = 5φ10 = 3.93 cm2 Ta bố trí cố thép sau: F a = 5φ10 = 3.93 cm2, khoảng cách cốt thép 20cm. 2. Kiểm tra lại mặt cắt thành bên (mặt cắt 3): M3 = 5.22 T.m Q3 = 0.31 T N3 = 16.645 T Tiến hành tính toán tương tự mặt cắt A ta kết sau: + e0 = M = 31.36 cm. Cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn N + e = ηe0 + 0.5h - a = 52.36 cm + e' = ηe0 – 0.5h + a' = 10.36 cm. Ta có: ηeo = 31.36cm > 0.2ho = 9.2cm . Kiểm tra lại khả chịu lực cấu kiện: Từ phương trình hình chiếu ta có: GVHD: Nguyễn Mai Chi 133 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Ngh = mbRnbhoα + maRa’Fa’ - maRaFa Ngh == 1x90x100x46 x0.042 +1.1x2700x3.93-1.1x2700x3.93 Ngh = 17388 Kg > N = 16645 Kg. Vậy cấu kiện đảm bảo khả chịu lực. IV. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO BẢN ĐÁY CÔNG TRÌNH: 1. Tính toán bố trí cốt thép cho mặt cắt D: MD = 7.44 T.m; QD = 17.50 T; ND = 21.51 T. Tiến hành tính toán tương tự mặt cắt A ta kết sau: M = 0.35 m = 35cm N + e0 = +ηeo = 35cm > 0.3ho = 16.8cm nên cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn. + e = ηe0 + 0.5h - a = 61 cm + e' = ηe0 – 0.5h + a' = cm + Fa' = k n nc Ne − mb Rn bh02 A0 ma Ra' (h0 − a ' ) 1.15 × × 21510 × 61 − × 90 × 100 × 56 × 0.42 Fa' = = -66.98 cm2 1.1 × 2700 × (56 − 4) Vì Fa' < nên ta chọn Fa' theo điều kiện sau: + Fa' ≥ µmin.b.ho = 0.0005x100x56 = 2.8 cm2 + Theo điều kiện cấu tạo: Fa' = 5φ10 = 3.93 cm2. Chọn Fa' theo điều kiện cấu tạo: Fa' = 5φ10 = 3.93 cm2 Khoảng cách cốt thép 20 cm + Bài toán trở thành xác định Fa biết Fa' điều kiện khác. A= A= k n .nc .N .e − ma .Ra' .Fa' (h0 − a ' ) mb .Rn .b.h02 1.15 × × 21510 × 61 − 1.1 × 2700 × 3.93 × (56 − 4) = 0.032 × 90 × 100 × 56 α = 1- − 2. A = 0.033 2.a ' × = = 0.143 h0 56 2.a ' Ta thấy α < h tính Fa theo công thức: GVHD: Nguyễn Mai Chi 134 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Fa = k n nc Ne′ ma Ra (ho − a′) Fa = 1.15 × × 21510 × = 1.44 cm2. 1.1 × 2700 × (56 − 4) ⇒ Chọn Fa theo điều kiện cấu tạo: Fa = 5φ10 = 3.93 cm2 Vậy ta bố trí cố thép sau: Fa = 5φ10 = 3.93 cm2, khoảng cách cốt thép 20cm. 2.Kiểm tra lại mặt cắt đáy (mặt cắt 2): M2 = 0.88 T.m; Q2 = T; N2 = 21.51 T. Tiến hành tính toán tương tự mặt cắt A ta kết sau: + e0 = M = 4.1 cm N + ηeo = 4.1cm < 0.3ho = 16.8cm nên cấu kiện chịu nén lệch tâm bé. + e = ηe0 + 0.5h - a = 30.1 cm + e' = 0.5h - a' - η.e0 = 21.9 cm Ta có: ηeo = 4.1cm < 0.2ho = 11.2cm nên chiều cao vùng chịu nén tính theo công thức:  x = h - 1.8 +   σa = 1 −   h − 1.4α o ηeo = 53.87cm. 2ho  ηe o   Ra = 2502.32 daN/cm2. ho  Kiểm tra khả chịu lực cấu kiện: Từ phương trình hình chiếu ta có: Ngh = mbRnbx + maRa’Fa’ - maσaFa Ngh = 1x90x100x53.87+1.1x2700x3.93-1.1x2502.32x3.93 = 485684.57 kg Ta thấy Ngh = 485684.57 kg > N = 21510 Kg. Vậy cấu kiện đảm bảo điều kiện chịu lực. GVHD: Nguyễn Mai Chi 135 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Bảng 10.7: Kết tính toán cốt thép dọc chịu lực cống ngầm Cốt thép phía cống Thành phần Cốt thép phía cống Diện tích Loại Khoảng cách Diện tích Loại Khoảng cách Trần cống Thành bên Đáy cống (cm2) 3.93 3.93 3.93 thép φ10 φ10 φ10 (cm2) 3.93 3.93 3.93 (cm) 20 20 20 thép φ10 φ10 φ10 (cm) 20 20 20 V. TÍNH TOÁN CỐT THÉP NGANG: Tính toán cường độ mặt cắt nghiêng cấu kiện tiến hành theo phương pháp đàn hồi phương pháp trạng thái giới hạn. Trong đồ án ta sử dụng phương pháp trạng thái giới hạn để tính toán. 1. Điều kiện tính toán: Khi thoả mãn điều kiện sau cần phải tính toán cốt đai, cốt xiên cho cấu kiện: 0.6mb4Rk < σ1 = τo = k n nc Q c ≤ mb3R k 0.9bho Trong đó: Q: lực cắt lớn tải trọng tính toán gây (kg); c c R k : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông, R k = 11.5 kg/cm2; Rk: cường độ chịu kéo tính toán bê tông, Rk = 7.5 kg/cm2; mb3: hệ số điều kiện làm việc bê tông cấu kiện bê tông cốt thép, theo TCVN 4116-86 ta mb3 = 1.15; mb4: hệ số điều kiện làm việc kết cấu bê tông không cốt thép, theo TCVN 4116-86 ta mb4 = 0.9. 2. Mặt cắt tính toán: Ta chọn mặt cắt có lực cắt lớn để tính toán bố trí cốt thép ngang cho cống. Do ta cần tính toán cho mặt cắt sau: - Với trần cống: tính toán cho mặt cắt qua A: MA = 6.98 T.m; QA = 15.79 T; NA = 19.47 T. - Với thành bên cống: tính toán cho mặt cắt qua C: MC = 7.44 T.m; QC = 21.51 T; NC = 17.50 T. - Với đáy cống: tính toán cho mặt cắt qua D: GVHD: Nguyễn Mai Chi 136 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư MD = 7.44 T.m; Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh QD = 17.50 T; ND = 21.51 T. 3. Tính toán cốt thép ngang cho cống: Với cốt thép ngang cống ta thường bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta tính toán bố trí cốt thép xiên cho cống mà không tính toán bố trí cốt thép đai. a. Tính toán cốt xiên cho trần cống (mặt cắt A): MA = 6.98 T.m; QA = 15.79 T; NA = 19.47 T. Hình 10.13: Sơ đồ tính toán cốt xiên Trong đó: σ1a: ứng suất kéo cốt dọc chịu; σ1x: ứng suất kéo cốt xiên chịu; σ1 = τo: ứng suất kéo cốt dọc cốt xiên phải chịu. + Kiểm tra điều kiện tính toán: 0.6mb4Rk = 0.6x0.9x7.5 = 4.05 (kg/cm2) mb3R ck = 1.15x11.5 = 13.225 (kg/cm2) σ1 = τo = k n nc Q 1.15 × × 15790 = = 4.39 (kg/cm2) 0.9bho 0.9 × 100 × 46 So sánh: 4.05(kg/cm2) < 4.39 (kg/cm2) < 13.225 (kg/cm2) Vậy điều kiện thoả mãn nên ta phải tính bố trí cốt thép xiên cho trần cống. Do biểu đồ ứng suất kéo có dạng tam giác nên ứng suất cốt dọc chịu tính theo công thức: σ1a = 0.225σ1 = 0.225x4.39 = 0.99 (kg/cm2) Ứng suất kéo cốt xiên phải chịu: σ1x = σ1 - σ1a = 4.39 – 0.99 = 3.4 (kg/cm2) 0.6mb Rk 0.5l − X 0.5l (σ − 0.6mb Rk ) = ⇒ X= σ1 0.5l σ1 GVHD: Nguyễn Mai Chi 137 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư X = Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh 0.5 × 150 × (4.39 − 4.05) . 4.39 Vậy x = 5.81cm. Đặt cốt xiên nghiêng góc với trục cấu kiện góc 45 o. Khi diện tích cốt xiên tính theo công thức: Fx = Fx = Ω xb 0.5 X (σ 1x + 0.6mb Rk − σ 1a )b = ma Rax ma Rax 0.5 × 5.81 × (3.4 + 4.05 − 0.99) × 100 1.1 × 2700 × = 0.45 cm2 +. Chọn bố trí cốt thép: Với Fx = 0.45cm2, ta chọn φ8 = 2.51 cm2 (theo điều kiện cấu tạo)để bố trí cốt thép xiên cho cống. Ta bố trí côt xiên thành lớp. + Vị trí cốt xiên xác định sau: - Xác định trọng tâm phần diện tích thép xiên Ωx. - Từ trọng tâm phần diện tích thép xiên dóng lên trục dầm ta xác định vị trí lớp thép xiên. - Gọi khoảng cách từ mép trục cấu kiện tới vị trí thép xiên x1: x1 ≈ X = 1.93cm. Hình 10.14: Vị trí thép b. Tính toán cốt xiên cho thành cống : Tính toán tương tự cho trần cống ta bảng tổng kết sau: Bảng 10.6: Kết tính toán cốt thép xiên cống ngầm GVHD: Nguyễn Mai Chi 138 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Mặt 0.6mb4Rk Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh τo σ1a σ1x x Fx F(chọn) Số x1 cắt (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) (cm) (cm2) (cm2) (cm) A 4.05 4.39 0.99 3.4 5.81 0.45 2.51 5φ8 1.93 C 4.05 5.98 1.35 4.63 39.54 3.45 3.93 5φ10 13.18 c.Tính toán cốt xiên cho đáy cống: Kiểm tra điều kiện: 0.6mb4Rk < σ1 = τo = 0.6mb4Rk =4.04 >σ1 = τo = k n nc Q c ≤ mb3R k 0.9bho k n nc Q 1.15 × × 17500 = = 3.99 0.9bho 0.9 × 100 × 56 Vậy ta bố trí cốt xiên cho đáy cống. Cấu kiện Fx (cm2) Loại thép Số x1 (cm) Tấm nắp 2.51 3.81 φ8 Thành bên 3.93 3.93 φ10 Để thuận tiện cho việc bố trí thép xiên cho cống mặt cắt trên, ta chọn mặt cắt có diện tích thép xiên lớn để bố trí cho mặt cắt trên. Do ta chọn diện tích thép xiên Fx =5φ10 = 3.93 cm2 ,a = 20 cm. VI. TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA NỨT: Theo tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép công trình thuỷ công việc tính toán khả chịu lực phải tính toán chuyển vị, hình thành mở rộng khe nứt BTCT giai đoạn sử dụng. Lấy giai đoạn Ia giai đoạn trước vết nứt xuất làm sở tính toán.Lúc ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính toán kiểm tra nứt cho kết cấu có xét đến tác động dài hạn tải trọng. Điều kiện để đảm bảo không xuất khe nứt thẳng góc là: nc . N C ≤ N n = γ .Rkc eo − Wqđ Fqđ 1. Mặt cắt tính toán: Chọn mặt cắt có mô men lớn để tính toán kiểm tra nứt cho kết cấu. GVHD: Nguyễn Mai Chi 139 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Ta tính cho mặt cắt qua C (thành bên cống) có giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn sau: MC = 6.78 T.m; QC = 19.51 T; NC = 16.49 T. Fa = 3.93 cm2; Fa’ = 3.93 cm2; bxh = 100x50 cm γ = 1.75; mh = 1. Chiều cao vùng nén: xn = αoho = 0.6x46 = 27.6 cm. Hệ số quy đổi: n = Ea 2.1 × 10 = = 8.75 Eb 240 × 10 2. Tính toán kiểm tra nứt: a. Xác định đặc trưng quy đổi: + Chiều cao vùng nén: xn = S qd Fqd Trong đó: Sqđ: mô men tĩnh quy đổi tiết diện, Sqđ = 0.5bh2 + n(a'Fa' + Faho) = 126719.38 cm3. Fqđ: diện tích quy đổi tiết diện. Fqđ = bh + n(Fa + Fa') = 5068.78 cm2. ⇒ xn = S qd Fqd = 126719.38 = 24.999976 ≈ 25 (cm) 5068.78 + Mô men quán tính quy đổi tiết diện: Jqđ = b b x n + (h − x n ) + nFa' ( x n − a ' ) + nFa (ho − x n ) = 1071996.44 cm4. 3 + Mô đun chống uốn tiết diện: Wqđ = J qd h − xn = 1071996.44 = 42879.86 cm3. 50 − 25 b. Khả chống nứt tiết diện: Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả chống nứt tiết diện xác định theo công thức: Nn = γ Rkc e0 − Wqd Fqd Trong đó: GVHD: Nguyễn Mai Chi 140 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Nn: lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện chịu trước khe nứt thẳng góc xuất hiện; γ1 = γ.mh = 1x1.75 = 1.75 Độ lệch tâm: eo = M 6.78 = = 0.411 m = 41.1 cm. N 16.49 Rkc = 11.5 kg/cm2. 1.75 × 11.5 = 26438.32 ⇒ Nn = 41.1 − kg. 42879.86 5068.78 c. Kiểm tra nứt: Để đảm bảo không xuất khe nứt thẳng góc phải thoả mãn điều kiện: nc.Nc ≤ Nn. Trong đó: nc: hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1; Nc: Lực nén dọc lệch tâm tải trọng tiêu chuẩn gây ra, Nc = 16.49 T. Ta thấy: nc.Nc = 16490 kg < Nn = 26438.32 kg nên thành cống không bị nứt theo phương dọc cống. Vậy cốt thép chọn thỏa mãn khả chống nứt. GVHD: Nguyễn Mai Chi 141 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh PHẦN IV: KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp sản phẩm mang tính chất tổng hợp kiến thức học tập tích lũy sinh viên toàn khoá học. Trong suốt thời gian 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Thủy lợi, hướng dẫn tận tình cô giáo Nguyễn Mai Chi giúp đỡ thầy cô giáo khoa đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài giao: ″Thiết kế Hồ chứa nước Kim Sinh – Phương án III″. Việc nghiên cứu, thiết kế xây dựng Hồ chứa nước Kim Sinh nhiệm vụ trọng tâm cần thiết tình hình nông nghiệp vùng. Vì công trình có nhiệm vụ trữ cung cấp nước tưới cho nông nghiệp, tác nhân quan trọng để khai thác tiềm nông nghiệp khu vực, góp phần nâng cao đời sống nhân dân, tạo sở vật chất định cho việc phát triển kinh tế xã hội vùng. Qua tính toán thiết kế ta xác định Công trình Hồ chứa nước Kim Sinh công trình cấp II, bao gồm hạng mục công trình là: Đập đất, tràn xả lũ cống lấy nước với thông số cụ thể tính toán trên. Thời gian 14 tuần làm đồ án thực khoảng thời gian bổ ích cho sinh viên trước trường. Nó giúp cho em hệ thống lại toàn kiến thức học đặc biệt kiến thức chuyên môn cách vận dụng kiến thức vào thực tế thiết kế công trình Thuỷ lợi nói chung, giúp em tránh bỡ ngỡ với công việc Kỹ sư Thủy lợi sau này. Chính Đồ án Tốt nghiệp công trình đầu tay có ý nghĩa lớn em nhiên khoảng thời gian ngắn với khối lượng công việc lớn, khối lượng tính toán nhiều đặc biệt sinh viên nên trình độ hạn chế kinh nghiệm thực tế chưa có đồ án tránh khỏi sai sót chỗ chưa hợp lý. Kính mong thầy cô bảo hướng dẫn để em có thêm nhiều kiến thức bổ ích phục vụ cho công việc sau này. Cuối em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Mai Chi tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm đồ án. GVHD: Nguyễn Mai Chi 142 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường đặc biệt thầy cô Bộ môn Thủy công tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này. Kính chúc thầy, cô lời chúc tốt đẹp nhất! Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Thị Chức. GVHD: Nguyễn Mai Chi 143 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Giáo trình thuỷ công, tập I + II, NXB Xây dựng 2005. [2] Đồ án môn học thuỷ công Trường Đại Học Thuỷ Lợi – 2004. [3] Giáo trình thuỷ lực, tập I + II, NXB Xây dựng – 2005. [4] Giáo trình thuỷ văn công trình, NXB Nông nghiệp – 1993. [5] Công trình tháo lũ đầu mối hệ thống thủy lợi. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng NXB Khoa học Kỹ thuật – 1977. [6] Thiết kế đập đất Nguyễn Xuân Trường – Xuất 1972. [7] Cơ sở tính toán công trình thuỷ lợi đất NXB Khoa học thuật 1971. [8] Thiết kế thi công hồ chứa nước loại vừa nhỏ NXB Nông nghiệp. [9] Hồ chứa vùng đồi, Hà Nội 1976. [10] Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia công trình thủy lợi-Các quy định chủ yếu thiết kế: QCVN:04-05:2012/BNNPTNT [11] Tiêu chuẩn Quốc gia:Thiết kế đập đất đầm nén,TCVN 8216:2009 [12] Quy phạm tính toán Thủy lực đập tràn QPTL C8 – 76. [13] Quy phạm tính toán thuỷ lực cống sâu QPTL C1 – 75,Vụ kỹ thuật 1976. [14] Thiết kế cống, Trịnh Bốn – Lê Hoà Xướng, NXB Nông Thôn 1988. [15] TCVN 4118 – 85 Tiêu chuẩn thiết kế kênh tưới. [16] Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép, Trường đại học thuỷ lợi. [17] TCVN 4116 – 85 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép. GVHD: Nguyễn Mai Chi 144 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư GVHD: Nguyễn Mai Chi Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh 145 SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 [...]... tích hồ chứa Vhồ = 6.973x106 m3 -Tính sai số: ∆V = Vhi − Vhi′ 6.263 − 6.376 = × 100% = 1.8% . Chức NĐ5 17 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 18 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỀU LŨ §6.1 nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh PHẦN I: TÌNH HÌNH CHUNG VÀ TÀI LIỆU CƠ BẢN CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN §1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH I. VỊ TRÍ ĐỊA LÝ - Hồ chứa nước Kim Sinh nằm trên. ngăn sông 2) Tràn xả lũ 3) Cống lấy nước GVHD: Nguyễn Mai Chi SVTH:Nguyễn Thị Chức NĐ5 8 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Thiết kế hồ chứa nước Kim Sinh PHẦN II: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC GIAO CHƯƠNG 4: QUY