Thiết kế cống ngầm lấy nước dưới đập đất

GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm Mục lục 1. Cửa vào, cửa 22 3. Tháp van 24 1. Mục đích tính toán .24 2. Trờng hợp tính toán .24 SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm đồ án môn học thiết kế cống ngầm lấy nớc dới đập đất A- Tài liệu cho trớc: 1.1. Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nớc H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: 1- Cấp nớc tới cho 1650 ruộng đất canh tác. 2- Cấp nớc sinh hoạt cho 5000 dân. 3- Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái phục vụ du lịch. 1.2. Các công trình chủ yếu khu đầu mối: 1- Một đập ngăn sông. 2- Một đờng tràn tháo lũ. 3- Một công đặt dới đập để lấy nớc. 1.3. Tóm tắt số tài liệu bản: 1- Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập. 2- Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5 ữ 1m. 1.4. Vật liệu xây dựng: a- Đất: xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lợng 800.000m3, cự ly 800m); B (trữ lợng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lợng 1.000.000m3, cự ly 1km). Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nớc tơng đối mạnh, tiêu nh bảng 1. Điều kiện khai thác bình thờng. Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lợng đủ làm thiết bị chống thấm. b- Đá: khai thác vị trí cách công trình 8km, trữ lợng lớn, chất lợng đảm bảo đắp đập, lát mái. Một số tiêu lí : = 23o; n = 0,35 (của đống đá); k = 2,5 T/m3 (của đá). c- Cát, sỏi: khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lợng đủ làm tầng lọc. Cấp phối nh bảng 2. Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liêu đắp đập Chỉ tiêu Hệ số Độ ẩm rỗng n W(%) (độ) Tự Bão nhiên SV: V Bỏ Mnh hoà C (T/m2) Tự Bão nhiên k k (T/m3) (m/s) hoà Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm Đất đắp đập 2,4 1,62 10-5 0,42 22 17 13 5,0 3,0 0,40 18 30 27 0 0,39 24 26 22 1,0 0,7 Bảng 2- Cấp phối vật liệu đắp đập 1,58 1,60 1,59 4.10-9 10-4 10-6 0,35 (chế bị) Sét (chế bị) Cát Đất 20 d (mm) Loại Đất thịt pha cát Cát Sỏi 23 20 3,0 d10 d50 d60 0,005 0,05 0,50 0,05 0,35 3,00 0,08 0,4 5,00 1.5. Đặc trng hồ chứa: - Mực nớc dâng bình thờng: 135 m. - Mực nớc chết: 116,5 m. - Tràn tự có cột nớc đỉnh tràn Hmax = 3m. - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%: P% V(m/s) 32 30 26 20 17 30 14 50 12 - Chiều dài chuyền sóng ứng với mực nớc dâng bình thờng: D = 2,8 (km); ứng với mực nớc dâng gia cờng: D= D + 0,3 = 3,1 (km). - Mực nớc hạ lu bình thờng : 108 m. - Mực nớc hạ lu max : 110,5 m. - Đỉnh đập đờng giao thông chạy qua. Đề số Sơ đồ Đặc trng hồ chứa Mực nớc hạ lu (m) D (km) MNC (m) MNDBT (m) Bình thờng Qcống (m3/s) Max Khi MNC (Qtk) Khi MNDB T Mực nớc đầu kênh (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 36 C 2,8 116,5 135 108 110,5 4,5 3,9 116,27 SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân B - Nội dung thiết kế: 2.1. Thuyết minh: - Phân tích chọn loại cống vị trí đặt cống. - Tính toán thuỷ lực xác định kích thớc cống. - Chọn cấu tạo phận cống. - Phân tích lực để tính toán kết cấu thân cống 2.2. Bản vẽ: - Cắt dọc, cắt ngang cống. - Mặt bằng. - Chính diện thợng, hạ lu cấu tạo chi tiết. SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm nội dung thiết kế I. Những vấn đề chung: 1.1. Nhiệm vụ, cấp công trình tiêu thiết kế: 1.1.1. Nhiệm vụ: - Cấp nớc tới cho 1650 ruộng đất canh tác. - Cấp nớc sinh hoạt cho 5000 dân. 1.1.2. Cấp công trình: - Theo nhiệm vụ: cấp III. - Theo cấp công trình đầu mối: cấp III. 1.1.3. Chỉ tiêu thiết kế: - Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định đợc tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống nh sau: - Tần suất mực nớc lớn trớc hồ: P = 1% - Tần suất gió lớn nhất: P = 3% Vmax = 30 (m/s) - Hệ số vợt tải: n. - Hệ số độ tin cậy: kn = 1,15 2. Chọn tuyến hình thức cống: 2.1. Tuyến cống: - Phụ thuộc vào vị trí khu vực tới tự chảy, cao trình khống chế tới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với công trình khác. đờng tràn đổ sang lu vực khác nên đặt cống bờ phải hay bờ trái đập đợc. - Khi chọn tuyến đặt cống cần lu ý: - Đặt cống đá. Tuy nhiên tầng phủ dầy đặt cống đất. - Đáy cống thợng lu chọn cao mực nớc bùn cát lắng đọng thấp mực nớc chết hồ. 2.2. Hình thức cống: - Vì cống đặt dới đập đất, mực nớc thợng lu lấy nớc thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý cống ngầm lấy nớc không áp. - Vật liệu làm cống bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật. - Dùng tháp van để khống chế lu lợng. Trong tháp có bố trí van công tác van sửa chữa. Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thợng lu vị trí đặt cống. SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân 2.3. Sơ bố trí cống: - Từ vị trí đặt cống mặt cắt đập đất có, sơ bố trí cống để từ xác định đ ợc chiều dài cống (đoạn trớc cửa van, sau cửa van), làm cho việc tính toán thuỷ lực cống. Để sơ xác định chiều dài cống, chọn cao trình đáy cống thấp MNC (m). Cao trình đáy cống đợc xác hoá tính toán thuỷ lực sau này. Phần i: THIếT Kế MặT CắT CƠ BảN CủA ĐậP ĐấT 1. Chọn tuyến đập: - Dựa vào bình đồ khu đầu mối cho vầ điều kiện địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng . ta chọn tuyến đập D D. - Đây tuyến đập nằm vị trí yên ngựa, tuyến đập ngắn. Vị trí thuận lợi cho việc thi công quản lý công trình. 2. Chọn loại đập : - Căn vào điều kiện địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng .trong vùng dự án, d ới lòng sông lớp Bồi tích thềm sông lớp phủ tàn tích dày có tính thấm lớn. - Ta chọn loại đập đập đất, có tờng nghiêng sân phủ, loại đập giá thành rẻ tận dụng nhân công vật liệu địa phơng. 3. Các kích thớc đập 1. Đỉnh đập. a. Cao trình đỉnh đập: Chọn cao trình đỉnh đập: đỉnh đập = MNDBT+5 m =135+5,0 = 140 m. b. Bề rộng đỉnh đập. Tại tuyến công trình yêu cầu giao thông qua đỉnh đập, nên ta chọn bề rộng đỉnh đập cho phù hợp với cấu tạo thi công nh khai thác, quản lí sửa chữa đập dễ dàng. Ta chọn bề rộng đỉnh đập B = m. 2. Mái đập cơ. Mái đập Chiều cao đập: H = đỉnh đập - đáy đập = 140 107 = 33 m SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân Xác định mái đập: Mái thợng lu : m1 = 0,05H + 2,0 = 0,05.33 + 2,0 = 3,65 Mái hạ lu : m2 = 0,05H + 1,5 = 0,05.33 + 1,5 = 3,15 Chọn : m1 = 3,5; m2 = 3,0. Cơ đập - Khi đập cao 10m mái đập nên bố trí đập mái hạ lu để làm đờng lại kiểm tra, quản lý, đặt rãnh thoát nớc ma. Cơ đập có tác dụng làm tăng thêm độ ổn định cho mái, tập trung thoát nớc ma đồng thời bảo đảm thuận lợi cho trình thi công, phục vụ tốt cho trình quản lý, vận hành phòng chống lũ sau này. - Với mái hạ lu ta bố trí cao trình +127,5 m , rộng 3m. Trên bố trí rãnh thoát nớc ngang để tập trung nớc ma từ mái đổ xuống. Đỉnh có độ dốc i = % phía hạ lu, đỉnh đợc phủ lớp bảo vệ gồm dăm, sỏi dày 20 cm. - Với mái thợng lu ta bố trí cao trình +127,5 m, rng 3m. Thiết bị chống thấm. Theo tài liệu cho, đất đắp đập đất có hệ số thấm lớn nên cần có thiết bị chống thấm cho thân đập nền. - Nếu tầng thấm tơng đối mỏng (T 5m ) chọn thiết bị chống thấm cho đập cho thích hợp sau: + Chống thấm kiểu tờng nghiêng + chân (cắm xuống tận tầng không thấm). + Chống thấm kiểu tờng lõi + chân - Nếu tầng thấm dày (T>10m) : phơng án hợp lý dùng thiết bị chống thấm kiểu tờng nghiêng + sân phủ. Theo đề hình D cho tầng thấm T = 20m > 10m. Ta chọn phơng án: Dùng thiết bị chống thấm kiểu tờng nghiêng sân phủ. - Mái trớc mái sau lăng trụ chọn m1 =1,5 m2 = Đoạn sờn đồi: ứng với trờng hợp hạ lu nớc. Ta chọn thoát nớc kiểu áp mái. SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm m= 127,5 3,5 140 m= 127,5 m= ,5 m=3 115,5 m 3,5 ,5 =1 m= Hình 1: Sơ đồ mặt cắt ngang đập II. Thiết kế kênh hạ lu cống Kênh hạ lu đợc thiết kế để làm cho việc tính toán thuỷ lực cống. 1. Thiết kế mặt cắt kênh 1.1. Mặt cắt kênh: đợc tính toán với lu lợng thiết kế Q = 4,5 (m3/s). 1.2. Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (đất cát pha), sơ chọn đợc tiêu sau: - Độ dốc đáy kênh: 1/5000 - Độ nhám lòng kênh: 0,0225. - Hệ số mái kênh: m = 1,5. i 1.3. Xác định bề rộng đáy kênh chiều sâu nớc kênh: - Sơ xác định vận tốc không xói: VKX = K.Q0,1 = 0,53. 4,5 0,1 = 0,616 (m/s) - Trong đó: - Q: lu lợng kênh (m3/s). - K: hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha, K = 0,53. - Sơ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm: h = 0,5.(1 + VKX). Q = 0,5.(1 + 0,616). 4,5 = 1,334 (m) (1) - Xác định b theo phơng pháp mặt cắt lợi thuỷ lực: f(Rln) = 4.m0 . i 8,424. 0,0002 = = 0,0265 Q 3,8 - Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực ta có: Rln = 0,979 (m). h (2) 1,334 R = = 1,36 0,979 ln - Từ (1),(2) - Tra phụ lục (8-3), bảng tra thuỷ lực ta có: b = 4,38 b = 4,38.0,979 = 4,29 (m). Chọn b=4,3 m. Rln SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm - Kiểm tra: < 4,3 b = = 3,22 < thoả mãn. 1,334 h 2. Kiểm tra điều kiện không xói - Vì kênh dẫn nớc từ hồ chứa nên hàm lợng bùn cát nớc nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngợc lại, cần kiểm tra điều kiện xói lở: Vmax < VKX - Trong đó: Vmax lu lớn kênh, tính với lu lợng Qmax. Qmax = K.Q = 1,1.4,5 = 4,95 (m3/s) - Kim tra li mt ct ó chn vi m=1,5; b= 4,3m ; h=1,334m: = (b +mh)h = (4,3 + 1,5.1,334).1,334 = 8,41 (m2) - Tớnh: Vmax = 4,95 Qmax = = 0,588 (m/s) 8,41 - Ta thấy: Vmax = 0,588 (m/s) < VKX = 0,616 (m/s) Thoả mãn điều kiện không xói. 3. Tính độ sâu kênh ứng với cấp lu lợng. - Chọn bề rộng kênh b = 4,3 (m). - Tính toán theo phơng pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi thuỷ lực, ta có: - Q = 4,5 (m3/s) h = 1,334 (m). - Q = 3,5 (m3/s) h = 1,234 (m). III. Tính diện cống 1. Trờng hợp tính toán: - Khẩu diện đợc tính với trờng hợp chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ lu lợng lấy nớc tơng đối lớn. Thờng tính với trờng hợp MNC thợng lu hạ lu mực nớc khống chế đầu kênh tới Zkc, chênh lệch mực nớc thợng hạ lu là: [Z] = MNC - Zkc = 116,5 116,27 = 0,23 (m). SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm Cao trỡnh ỏy cng = MNC m = 116,5 = 115,5 m. Lúc này, để lấy đủ lu lợng thiết kế, cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán nh hình (3-1). Hình 3-1: Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định diện cống Trong đó: + Z1: Tổn thất cột nớc cửa vào. + Zp: Tổn thất khe phai (nếu có). + Zl: Tổn thất qua lới chắn rác. + Zv: Tổn thất qua tháp van. + Z2: Tổn thất cửa ra. 2. Tính bề rộng cống bc - Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy đợc lu lợng cần thiết Q chênh lệch mực nớc thợng hạ lu [Z] khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện: Zi [Z] = 0,23 m (*) Trong đó: Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L i: Độ dốc lòng cống. L: Tổng chiều dài cống. L = + (3,5+3).12 + 3.2 + (3+3,5).12,5 = 170,25 m. - Giả thiết b c sau xác định tiêu, xác định đợc tiêu quay lại kiểm tra với điều kiện (*). Ta tính cho trờng hợp b c = 4,5 m, trờng hợp sau tính toán tơng tự. SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân = bc.h = bc.( hP + ZP ) = 2,5.( 1,357+ 0,0076 ) = 3,4115 m2 Vo = 4,5 = 1,32 m/s. 3,411 Z1 = 4,5 1.1,32 Q2 .V02 = = 0,0095 2.9,81.(1.0,95.3,411) 2.9,81 g .( . . ) 2.g 3. Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống 3.1. Chiều cao mặt cắt cống Hc = h1 + = 1,3515 + 0,6485 = (m). Trong đó: + h1 xem hình 3-1. + : độ lu không, lấy 0,6485 (m). + Hc cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, (thờng khống chế Hc 1,6 m để tiện kiểm tra sửa chữa) phù hợp với kích thớc chuẩn quy định TCVN 5060 - 90. 3.2. Cao trình đặt cống - Cao trình đáy cống cửa vào: cv = MNC - = 116,5 - = 115,5 (m) - Cao trình đáy cống cửa ra: cr = cv - i.L = 115,51 - 0,00015.170,25 = 115,485 (m) IV. Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu 1. Trờng hợp tính toán - Khi mực nớc thợng lu cao cần mở phần cửa van để lấy đợc lu lợng cần thiết. Do lợng dòng chảy lớn, dòng chảy sau cửa van thờng dòng xiết. Dòng xiết nối tiếp với dòng êm kênh hạ lu qua nớc nhảy. Do cần tính toán để: - Kiểm tra xem nớc nhảy có xảy cống không. Thờng với mực nớc cao thợng lu, cần khống chế không cho nớc nhảy cống để tránh rung động bất lợi. Còn với mực nớc thấp thợng lu, nớc nhảy cống không tránh khỏi. Tuy nhiên lợng dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể. - Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nớc nhảy sau cửa cống, tránh xói lở kênh hạ lu. SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm - Trong phần đề giới hạn việc tính toán cho trờng hợp mực nớc cao với lu lợng tơng ứng. Sơ đồ tính toán cho trờng hợp nh hình 3-2. mndbt Hình 3-2: Sơ đồ tính toán thuỷ lực mực nớc cao thợng lu 2. Xác định độ mở cống - Tính theo sơ đồ chảy tự qua lỗ Q = ..a.bc. 2.g .( H 0' .a) (*) - Trong đó: - : hệ số lu tốc. - : hệ số co hẹp đứng. - H 0' : cột nớc tính toán trớc cửa van, H 0' = H0 - hw = 19,5 - 0,045 = 19,455 (m). .V02 + H0 = H + = MNDBT - đc = 135 115,5 = 19,5 (m). 2.g - Với hw tổn thất cột nớc từ cửa vào tới cửa van: hw = Z1 + Zp + Zl + i.Lv = 0,0095 + 0,0076 + 0,00244 + 0,00015.170,25 = 0,045 m. - Hệ số co hẹp đứng phụ thuộc tỷ số a/H, xác định a cách sử dụng bảng quan hệ Jucốpxki nh sau: F ( c ) = Q .bc .H ' o = 4,5 0,95.2,5.19,455 = 0,022 ' c = 0,005 hc = c.H = 0,005.19,5 = 0,0975 (m) - Theo bảng 16-1 bảng tra thuỷ lực ta đợc: = 0,613 SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm a= hc 0,0975 = = 0,16 (m) 0,613 - Thay giá trị tính đợc vào công thức (*) Q = ..a.bc. 2.g .( H 0' .a) Q = 0,95.0,613.0,16.2,5 2.9,81(19,455 0,613.0,16) = 4,545 (m3/s) Qtk - Vậy giá trị ta sơ chọn hợp lý. * Độ sâu co hẹp sau cửa van: hc = 0,0975 m. - Vị trí mặt cắt co hẹp cách cửa van đoạn Lch = 1,4.a = 1,4.0,16 = 0,224( m ). 3. Kiểm tra chảy cống 3.1- Vẽ đờng mặt nớc để tìm độ sâu cuối cống hr a. Xác định hc, h0, hk. hc = 0,0975 (m) hk = .Q = gbc2 1.4,5 = 0,69 (m) 9,81.2,5 Dùng phơng pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi thuỷ lực ta có: h0 = 2,36 m So sánh ta thấy: hc < hk < ho. Vậy: Đờng mặt nớc sau van đờng nớc dâng CI. b. Định lợng - Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C vẽ cuối cống. Mặt cắt co hẹp lấy cách cửa van khoảng 1,4.a = 0,224 (m). Ltt = 170,25-0,224 = 170,026 m. - Có thể dùng phơng pháp cộng trực tiếp để vẽ đờng mặt nớc. Theo phơng pháp khoảng cách hai mặt cắt có độ sâu h1 h2 biết là: L= Với: iJ .V22 .V12 = - 1; = h2 + ; = h1 + 2.g 2.g V J + J2 J= ; J = 2 c R2 SV: V Bỏ Mnh ; J = V1 c R S Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm - Bng2.3 Bằng cách ta xác định đợc hr. Q= 4.50 (m3/s) L= 170.25 b= vi 2.50 v2/2g (m) n= R 0.014 C (m) i 17.37 17.47 5.39 0.05 42.63 7.50 2.87 3.11 5.96 0.10 48.72 1.13 1.68 4.00 2.69 0.82 0.37 1.27 1.04 6.80 7.68 0.17 0.22 52.92 55.42 0.740 0.880 1.85 2.20 2.43 2.05 0.30 0.21 1.04 1.09 7.96 8.52 0.23 0.26 56.01 57.00 0.960 2.40 1.88 0.18 1.14 8.84 0.27 57.48 0.0081 0.0050 0.003 10 1.100 1.342 1.360 2.75 3.36 3.40 1.64 1.34 1.32 0.14 0.09 0.09 1.24 1.43 1.45 9.40 10.37 10.44 0.29 0.32 0.33 58.20 59.18 59.25 0.0027 0.0016 0.0015 STT hi i 0.098 0.24 18.46 0.240 0.60 0.450 0.670 Ji 4.146 0.235 0.034 0.0108 hr = i-Jtb 1,342 L L 0.00 2.1908 0.135 0.0227 0.009 0.0066 0.004 0.003 0.0021 0.0016 14.36 6.56 6.56 1.84 0.23 13.64 10.05 20.20 30.25 0.00 0.05 0.39 7.89 30.64 38.53 0.05 10.32 48.84 0.10 0.20 0.02 29.38 92.02 9.91 78.23 170.25 180.16 - Ta có: hr = 1,342 (m) > hk = 0,69(m) - Vy có nc nhy cng vị trí hk = 0,69(m). Lk=30,35 (m). * Xác định vị trí nớc nhảy - Vận dụng lý thuyết nối tiếp, trớc nớc nhảy đoạn chảy xiết theo đờng nớc dâng CI mặt cắt co hẹp có độ sâu h c đến mặt cắt I - I có độ sâu h'. Sau nớc nhảy đoạn chảy êm theo đờng nớc hạ bI mặt cắt II - II có độ sâu h'' đến mặt cắt cửa có độ sâu hk. Để xác định vị trí nớc nhảy ta thực bớc sau đây: Vẽ đờng mặt nớc CI từ mặt cắt co hẹp đến chạm vào đờng K- K SV: V Bỏ Mnh (m) Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm BNG TNH NG MT NC TRONG CNG THEO PHNG PHP CNG TRC TIP Bng2.3 Q= 4.50 (m3/s) L= 170.25 b= 2.50 (m) n= 0.014 vi 18.4 0.112 0.28 16.07 13.16 13.28 0.58 7.83 3.12 3.35 5.92 0.10 48.43 0.2689 1.4591 9.92 6.80 8.04 0.78 5.81 1.72 2.03 6.24 0.12 50.45 0.1066 0.1878 1.32 7.05 15.08 0.95 4.74 1.14 1.52 6.52 0.15 51.81 0.0574 0.0820 6.16 21.24 1.18 1.3 3.83 0.75 1.22 6.88 0.17 53.20 0.0303 0.0438 0.50 0.3 3.33 0.57 1.11 0.19 54.09 0.0201 0.0252 0.11 0.620 2.90 0.43 1.05 0.21 54.95 0.0135 0.0168 0.06 0.650 2.77 0.39 1.04 7.60 0.21 55.23 0.0118 0.0126 0.01 0.690 2.61 0.35 1.04 7.76 0.22 55.59 0.0099 0.0108 0.00 0.69 0.3 36.69 10 1.55 1.6 1.7 7.16 7.4 6.98 4.4 3.3 28.22 0.230 0.31 0.38 0.47 0.54 hi i 0.098 0.24 v /2g i 17.37 17.47 (m) 5.3 5.4 STT (m) i-Jtb 2.6493 3.3978 4.1 1.23 1.23 R C Ji 0.05 42.63 4.1462 0.05 43.55 L L 0.00 32.63 36.00 37.06 - Vẽ đờng CI liên hiệp với đờng CI, điểm đờng độ sâu liên hiệp tơng ứng với điểm đờng CI. h hk h .q = + h'' = + ữ g.h3 h - Lùi đờng CI phía hạ lu đoạn có chiều dài chiều dài nớc nhảy tơng ứng với điểm. ln = 4,5 h'' đờng CI - Vẽ đờng mặt nớc bI từ hạ lu vẽ lên, cắt đờng CI điểm S. Độ sâu S độ sâu sau nớc nhảy h'' từ ta xác định đợc vị trí nớc nhảy. - Qua kết tính toán ta thấy: b h SV: V Bỏ Mnh X R C V E E j jtb i-jtb Lớp 47LT L GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm (m) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 (m) (m2) (m) (m) (m/s) (m) 0.69 1.73 3.88 0.44 34.95 2.20 0.94 (m) (m) 0.0089 -0.01 0.72 1.80 3.94 0.46 35.10 2.11 0.95 1.75 1.03 1.38 1.20 1.13 1.41 1.07 1.48 0.0063 0.0061 12.92 23 0.0035 0.0033 51.54 18 0.0019 0.0017 126.76 0.0013 0.0011 0.0014 -0.06 1.42 3.55 5.34 0.66 37.37 24 0.0024 -0.22 1.35 3.38 5.20 0.65 37.22 1.19 0.0046 -0.17 1.10 2.75 4.70 0.59 36.58 0.0084 0.0082 0.0079 -0.08 0.87 2.18 4.24 0.51 35.79 24 56.69 0.0012 - Nớc nhảy xảy cách mặt cắt co hẹp đoạn l = 52,52 m với đặc trng sau: - Chiều dài nớc nhảy : ln = 6,39 (m). - Độ sâu trớc nớc nhảy : h' = 0,273 (m). - Độ sâu sau nớc nhảy : h'' = 1,42 (m). - Nớc nhảy cống gây bất lợi cho cống mặt ổn định trình làm việc xảy tợng chân không khu vực sau cửa van nh tợng xâm thực vật liệu làm cống, không đảm bảo chế độ sử dụng nớc. - Ta sử dụng biện pháp để đẩy nớc nhảy nh: thay đổi kích thớc cống, dịch tháp van gần phía hạ lu, tăng độ dốc đáy cống nhng biện pháp lại gây bất lợi cho số điều kiện khác cống. Trong đồ án ta có cống có chiều cao H c = 2,0m, h'' = 1,42 m nên nớc nhảy không chạm trần cống, ta dùng cách gia cố khớp nối thi công cống để đảm bảo cho cống làm việc bình thờng có nớc nhảy cống. 4. Tính toán tiêu SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân - Theo điều kiện cấu tạo, cửa cống ta phải bố trí tiêu để dòng chảy hạ lu cống đợc an toàn. Chọn hình thức tiêu cho cống cửa tiêu đáy, làm bể tiêu cấu tạo. - Chiều dài bể tiêu lb = 5m, bể sâu db = 0,5m. - Dới đáy bể bố trí tầng lọc ngợc, bể có đục lỗ thoát nớc. V. Chọn cấu tạo cống 1. Cửa vào, cửa - Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thợng, hạ lu. Thờng bố trí tờng hớng dòng theo hình thức mở rộng dần. Góc chụm hai tờng hớng dòng cửa vào thờng lấy khoảng 180 ữ 230 lớn hơn; góc chụm cửa khoảng ữ 120 để tránh tợng tách dòng. Các tờng cánh làm hạ thấp dần theo mái. Cấu tạo cửa cần kết hợp với việc bố trí thiết bị tiêu năng. - Sau bể tiêu đoạn kênh đợc bảo vệ đá lát khan dày 25 cm với chiều dài đoạn bảo vệ: Lsân sau = 0,4 0,4 .hh = .2,36 = 67,43 m n 0,014 - Với n: Độ nhám lòng dẫn, với đá lát khan n = 0,014 Lsân sau = 67,43 m. - Chọn chiều dài đoạn kênh đợc bảo vệ sau bể : Lsân sau = 67,5 Sm. 2. Thân cống 2.1. Mặt cắt - Cống hộp thờng làm bê tông cốt thép, đổ chỗ. Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thờng làm vát góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm, cần đảm bảo: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm t H 19,5 = [ J ] 15 = 1,3 (m), lớn - Chọn t = 0,5 (m) theo điều kiện cấu tạo Trong đó: - H: cột nớc lớn H = MNDBT - đc = 135 115,5 = 19,5 (m) - [J]: gradien thấm cho phép vật liệu, [J] = 10 ữ15. 2.2. Phân đoạn cống: - Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn để tránh rạn nứt lún không đều. Chiều dài đoạn phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống, thờng lấy khoảng 10 ữ 20 (m). Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nớc. Thiết bị chống rò kim loại dùng cho ngang đứng cống hộp có cấu tạo nh hình 3-3. Hình 3-3: Sơ đồ khớp nối cống hộp bê tông a. Nối ngang 1. Bao tải tẩm nhựa đờng 3. Tấm kim loai phẳng hình b. Nối đứng 2. Đổ nhựa đờng 4. Tấm kim loại phẳng 5. Bao vữa đổ sau - Khi cột nớc tác dụng không cao làm thiết bị chống rò khớp nối kiểu dây thừng tẩm nhựa đờng. 2.3. Nối tiếp thân cống với - Cống hộp đổ trực tiếp hay lớp bê tông lót dày 10 ữ 15 cm, đá tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế áp suất đáy móng. 2.4. Nối tiếp thân cống với đập đất SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân Thờng dùng đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày 0,5 ữ1 cm. Tại chỗ nối tiếp đoạn cống, làm thành gờ để nối tiếp cống với đất đợc tốt hơn. 3. Tháp van Vị trí tháp van bố trí khoảng mái thợng lu kiểm tra thông qua tính toán thuỷ lực cống (đảm bảo không sinh nớc nhảy cống ứng với mực nớc cao) đảm bảo yêu cầu khác. Trong tháp thờng bố trí van công tác van sửa chữa cố, cần bố trí lỗ thông cần thiết (khi có nớc nhảy cống chiều sâu sau nớc nhảy xấp xỉ tới trần cống). Mặt cắt ngang tháp thờng làm dạng chữ nhật. Chiều dày thành xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo. Thờng làm tháp có chiều dày thay đổi theo thay đổi áp lực ngoài. Phía tháp có nhà để đặt máy đóng mở thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập bờ. VI. Tính toán kết cấu cống 1. Mục đích tính toán - Xác định nội lực phận cống ứng với trờng hợp làm việc khác cống để từ bố trí cốt thép kiểm tra tính hợp lý chiều dày thành cống chọn. 2. Trờng hợp tính toán a. Tính toán cống với trờng hợp làm việc khác - Khi thi công xong cống cha có nớc. - Khi thợng lu MNDBT, cống mở để lấy nớc. - Khi thợng lu MNDGC, cống đóng. - Khi có lực động đất, . * Trong đồ án tính toán ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (mặt cắt đỉnh đập), cho trờng hợp đại biểu. b. Xác định đờng bão hoà trờng hợp thợng lu MNDGC - Dùng phơng pháp phân đoạn, lu lợng thấm q độ sâu h3 sau tờng nghiêng a0 đợc xác định từ hệ phơng trình sau: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm h32 a02 q = K . d 2( L m1h3 m2 a0 ) a0 q = K d . m2 + 0,5 h h32 Z 02 q = K . sin Trong đó: Hệ số thấm đập: Kd = 10-5 m/s Hệ số thấm vật liệu làm tờng nghiêng K0 = 4.10-9 m/s h1 = MNGDC - đáy cống = 135 + 115,5 = 24,5 (m) m1 : Hệ số mái thợng lu m1 = 3,5 : Chiều dày trung bình tờng nghiêng: = 1m m2: Là hệ số mái hạ lu đập m2 = 3,0 a0 : Độ cao hút nớc. Z0 = .cos =1.0,98 = 0,98 (m) sin = 0,196 H: chiêu cao đập mặt cắt sờn đồi H = 81 59,7 = 21,3m L : Chiều dài mặt cắt sờn đồi ta tính : L = 170,25 (m) - Thay giải hệ phơng trình: - Thay số vào hệ phơng trình ta đợc: h32 a 02 q = 10 . 2(170,25 3,5.h3 3,0.a ) a0 q = 10 . 3,0 + 0,5 2 21,3 h3 0,98 q = 4.10 9. 2.1.0,196 Giải theo phơng pháp thử dần ta đợc kết qủa nh sau: h3 = 9,70(m) a0 = 1,281(m) q = 3,62.10 (m / s ) c. Đờng bão hòa - Trong hệ trục nh hình vẽ, phơng trình đờng bão hoà có dạng: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm y = h32 2qx = 94,09 0,724 x kd Bảng kết để vẽ đờng bão hoà mặt cắt xét X 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 128.5 Y 94.1 79.5 64.8 50.2 35.5 20.9 6.3 0.0 5.00 MNDBT 3.00 3.00 L=h 3.m= 33,95 (m) 136,55 (m) L = ao.3,0= 3,843 4. Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống - Trờng hợp cống hộp tính cho 1mét dài. - Sơ đồ tính toán SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm 4.1. áp lực đất a. Trên đỉnh: - áp lực đất đỉnh cống tính theo công thức q1 = k. i.Zi - Trong đó: - Zi : Chiều dày lớp đất đắp đỉnh cống. - i : Dung trọng lớp đất đắp đỉnh cống. - Gồm phần: phần đờng bão hoà tính theo dung trọng tự nhiên. Phần dới đờng bão hoà tính theo dung trọng đẩy nổi. Và phần đất sét nện bao quanh cống dày 1m. - k : hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống. H ữ= Bo k = f - H : khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp. - Bo : bề rộng hào. - Chiều dày lớp đất nằm dới đờng bão hoà: Z2 = 7,55 (m). (x = 170,25 33,95 = 51,175 Y = SV: V Bỏ Mnh 94,09 0,724.51,175 = 7,55 m. ) Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm dn = tn + n (n-1) = 1,62 + 0,35.1-1 = 0,97 (T/m3) - Chiều dày lớp đất nằm đờng bão hoà : Z1 = 24,5 7,55 = 16,95. (m) tn = k .(1 + ) = 1,62.(1 + 20%) = 1,944 (T/m3) - Để nối tiếp thân cống với đập dùng lớp sét đầm chặt dày (m). Z3 = (m); dn = 1,58(1+22%) + 0,42.1 - = 1,348 (T/m3) q1 = 1.1,348 + 16,95.1,944 + 7,55.0,97 = 41,6223 (T/m) b. Hai bên cống: biểu đồ áp lực có dạng hình thang. p1 = q1. tg2(45o ) p1 = 41,622.tg2(45o p1 = q1. tg2(45o - 20 ) = 20,407 (T/m) ) q1 = q1 + đn. hcống = 41,622 + 0,97.(2+2.0,5) = 44,532 (T/m) p1 = 44,532. tg2(45o - 20 ) = 20,77 (T/m) 4.2. áp lực nớc - áp lực nớc gồm áp lực nớc bên bên cống (nếu có). áp lực nớc cống tác dụng đỉnh, hai bên dới đáy cống. áp lực nớc bên cống tác dụng hai bên đáy cống. Cờng độ áp lực nớc xác định theo quy luật thuỷ tĩnh. - Trong đồ án bỏ qua cờng độ áp lực nớc bên cống. a. Trên đỉnh: q2 = n.(Z2 + Z2) = 1.(7,55 + 1) = 8,55 (T/m). b. Hai bên: p2 = n.(Z2 + Z2) = 1.(7,55 + 1) = 8,55 (T/m). p2 = n.(Z2 + Z2 + hcống) = 1.(7,55 + + 3) = 11,55 (T/m). c. Dới đáy: q3 = n.(Z2 + Z2 + hcống) = 1.(7,55 + + 3) = 11,55 (T/m). * Trọng lợng thân. + Tấm nắp : q = b . t n = 2,4. 0,5 = 1,20 (T/m). + Tấm bên: phân bố theo phơng đứng . SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm q5 = b . tb = 2,4. 0,5 = 1,20 (T/m). + Tấm đáy : q6 = b . tđ = 2,4. 0,5 = 1,20 (T/m). + Trong : b : Dung trọng bê tông , b = 2,4 T/m3 : tb = tn = td = 0,5 (m), chiều dày bên, nắp, đáy : 4.3. Phản lực . - Biểu đồ phân bố phản lực phụ thuộc vào loại cách đặt cống thờng phân bố không đều, song tính toán xem phần đứng phân bố đều. - Khi phản lực r đợc xác định là: r = q1+ q2 + q4 + q6 - q3 + 2.q5. H td tn B r = 41,622 + 8,55 + 1,2 + 1,2 11,55 + 2.1,2 0,5 0,5 = 41,93 (T/m). 5,3 4.4. Sơ đồ lực cuối trờng hợp cống nớc a. Các lực thẳng đứng - Phân bố đỉnh : q = q1 + q2 + q4 = 39,47 + 4,37 + 1,2 = 45,04 (T/m). - Phân bố hai bên thành q5 = 1,2 (T/m) - Phân bố dới đáy qn = r - q6 + q3 = 41,93 - 1,2 + 11,55 = 53,48 (T/m). b. Các lực nằm ngang - Bộ phận : p = p1 + p2 = 20,407 + 8,55 = 28,957 (T/m). - Bộ phận tuyến tính : pt = p1 + p2 - p1 - p2 = 20,77 + 11,55 - 20,407 - 8,55 = 3,363 (T/m) - Ta có sơ đồ lực cuối nh sau: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm p q p q pt SV: V Bỏ Mnh qn pt Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân VII. Kết luận - Công việc tính toán, thiết kế đồ án giúp em củng cố kiến thức học, nắm đợc quy trình tính toán. - Do trình làm đồ án, kiến thức hạn chế, kinh nghiệm thực tế cha có nên tránh khỏi sai sót, em mong đợc thầy bảo thêm. - Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo môn thuỷ công tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. V B MNH 47LT 11-04-2009 SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT [...]... thể làm thiết bị chống rò tại khớp nối kiểu dây thừng tẩm nhựa đờng 2.3 Nối tiếp thân cống với nền - Cống hộp có thể đổ trực tiếp trên nền hay trên một lớp bê tông lót dày 10 ữ 15 cm, khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế áp suất đáy móng 2.4 Nối tiếp thân cống với đập đất SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân Thờng dùng đất sét... định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống - Trờng hợp cống hộp này chỉ tính cho 1mét dài - Sơ đồ tính toán SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm 4.1 áp lực đất a Trên đỉnh: - áp lực đất trên đỉnh cống tính theo công thức q1 = k i.Zi - Trong đó: - Zi : Chiều dày các lớp đất đắp trên đỉnh cống - i : Dung trọng các lớp đất đắp trên đỉnh cống - Gồm 3 phần: phần trên đờng bão hoà... số điều kiện khác của cống Trong đồ án này ta có cống có chiều cao H c = 2,0m, trong khi h'' = 1,42 m nên nớc nhảy không chạm trần cống, ta có thể dùng cách gia cố khớp nối thi công cống để đảm bảo cho cống vẫn làm việc bình thờng khi có nớc nhảy trong cống 4 Tính toán tiêu năng SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân - Theo điều kiện cấu tạo, tại cửa ra của cống ta phải bố trí tiêu... p2 - p1 - p2 = 20,77 + 11,55 - 20,407 - 8,55 = 3,363 (T/m) - Ta có sơ đồ lực cuối cùng nh sau: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm p q p q pt SV: V Bỏ Mnh qn pt Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân VII Kết luận - Công việc tính toán, thiết kế trong đồ án đã giúp em củng cố các kiến thức đã học, nắm đợc quy trình tính toán - Do trong quá trình làm đồ án, kiến thức còn... tính theo dung trọng đẩy nổi Và phần đất sét nện bao quanh cống dày 1m - k : hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống H ữ= 1 Bo k = f - H : khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp - Bo : bề rộng hào - Chiều dày lớp đất nằm dới đờng bão hoà: Z2 = 7,55 (m) (x = 170,25 33,95 = 51,175 Y = 2 SV: V Bỏ Mnh 94,09 0,724.51,175 = 7,55 m ) Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm dn = tn + n (n-1) = 1,62... 2.2 Phân đoạn cống: - Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lún không đều Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, thờng lấy khoảng 10 ữ 20 (m) Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nớc Thiết bị chống rò bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp có cấu tạo nh trên hình 3-3 Hình 3-3: Sơ đồ khớp nối của cống hộp bằng... 8.203 0.906 70.265 0.00008 0.0019 0.0015 0.0008 0.009 0.08 C i Từ bảng tính khẩu diện cống ta có quan hệ Zi ~ bc nh sau: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân - Từ đó ta có với [Z] = 0,23 m bC = 2,5 m - Tơng ứng với bc = 2,5 m ta có Zi = 0,227 m và i = 0,00015 SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm Khâm GVHD: Lê Xuân = bc.h = bc.( hP + ZP ) = 2,5.( 1,357+ 0,0076 ) = 3,4115 m2... lực trong các bộ phận cống ứng với các trờng hợp làm việc khác nhau của cống để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn 2 Trờng hợp tính toán a Tính toán cống với các trờng hợp làm việc khác nhau - Khi mới thi công xong trong cống cha có nớc - Khi thợng lu là MNDBT, cống mở để lấy nớc - Khi thợng lu là MNDGC, cống đóng - Khi có lực động đất, * Trong đồ án này... là : Lsân sau = 67,5 Sm 2 Thân cống 2.1 Mặt cắt - Cống hộp thờng làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thờng làm vát các góc để tránh ứng suất tập trung Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm, cần đảm bảo: SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT GVHD: Lê Xuân Thiết kế cống ngầm Khâm t H 19,5 = [ J ] 15... vào = bc.h = bc.( hP + ZP ) + V0 : lu tốc tiến gần, V0 = Q - Giả thiết các giá trị bc từ đó xác định đợc các giá trị tổn thất Zi, rồi tính tổng các giá trị Zi ứng với các bc vừa giả thiết Từ đó ta xây dựng đợc quan hệ (bc~Zi), ứng với [Z] khống chế ta xác định đợc khẩu diện cống bc thiết kế Bảng 1: Kết quả tính toán tổng tổn thất qua cống với các giá trị bc bc(m) Z2 R Zv Zl Zp Zcv Z 2.5 0.056 3.379 . 24 2. Trêng hîp tÝnh to¸n 24 SV: Vũ Bá Mạnh Líp 47LT Thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Xuân Khâm đồ án môn học thiết kế cống ngầm lấy nớc dới đập đất A- Tài liệu cho trớc: 1.1. Nhiệm vụ công trình: . và sửa chữa đập dễ dàng. Ta chọn bề rộng đỉnh đập B = 5 m. 2. Mái đập và cơ. Mái đập Chiều cao đập: H = đỉnh đập - đáy đập = 140 107 = 33 m SV: V Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm GVHD:. Bỏ Mnh Lớp 47LT Thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Xuân Khâm 2.3. Sơ bộ bố trí cống: - Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đất đã có, sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định đ ợc chiều dài cống (đoạn trớc