Hồ chứa nước tân thành nằm trên suối tân thành thuộc vùng đồi núi xã nguyên bình huyện tĩnh gia tỉnh thanh hoá (bản vẽ + thuyết minh)

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 1 Ngành Công trình MỤC LỤC PHẦN II:THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH 25 CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 25 5.1 Mục đích và phương pháp tính 25 9.1 Tính toán điều tiết lũ phương án chọn 57 9.6 Tính toán thấm qua đập và nền. 72 9.7 Tính toán ổn định đập đất. 88 CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ. 97 10.1 Vị trí, hình thức và các bộ phận của đường tràn. 97 10.2 Tính toán thuỷ lực trà xả lũ 98 10.7 Tính toán ổn định và kết cấu cỏc bộ phận tràn. 111 CHƯƠNG 11 : THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 116 11.1 Những vấn đề chung 116 11.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống. 118 11.3 Tính toán thuỷ lực cống. 121 11.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng. 131 11.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống. 142 PHẦN 4 146 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT. 146 CHƯƠNG 12 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM. 146 12.1 Mục đích và trường hợp tính toán 146 12.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế 146 12.3 Xác định các lực tác dụng lên cống. 148 12.4 Xác định nội lực cống ngầm. 155 12.5 Tính toán cốt thép. 159 12.6 Tính toán và kiểm tra nứt 172 ................................................................................. Error: Reference source not found9 PHỤ LUC TÍNH TOÁN.................................................................................180 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 3 Ngành Công trình PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN CHƯƠNG 1 : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN. 1.1. Điều kiện tự nhiên 1.1.1. Vị trí địa lý Hồ chứa nước Tân Thành nằm trên suối Tân Thành thuộc vùng đồi núi xã Nguyên Bình huyện Tĩnh Gia - tỉnh Thanh Hoá, cách trung tâm huyện lỵ Tĩnh Gia 9km theo đường thẳng về phía tây. Vị trí xây dựng công trình nằm ở toạ độ địa lỹ: 19o25’~19o29’ vĩ độ Bắc, 105o41’~105o~44’ kinh độ Đông. Giới hạn hành chính: - Phía đông giáp xã Hải Lĩnh - Phía nam giáp xã Phúc Lâm - Phía Tây giáp xã Phú Sơn - Phía Bắc giáp xã các Sơn và Hùng Sơn 1.1.2. Đặc điểm địa hình địa mạo 1.1.2.1. Lòng hồ Lòng hồ là một thung lũng có chiều rộng bình quân (250~300)m, chiều dài (3000~3500)m, chạy theo hướng Nam - Bắc. Lòng sông được bao bọc bằng các dãy núi.Dãy núi phía Tây - Bắc cao độ cao nhất 500m. Dãy núi phía Đông – Nam và sườn núi phía Tây – Nam cao độ cao nhất 300m. Eo Văn Liễn thấp nhất cao độ +30.6m. Xu thế địa hình lòng hồ dốc từ phía Tây – Nam về phía Đông - Bắc. Suối Tân Thành đổ ra sông Thị Long tại ngã ba Anh Sơn, Lưu vực hồ Tân Thành tính đếnvị trí đập: Flv=20Km2. - Chiều dài suối chính: L = 6,5Km - Tổng chiều dài các nhánh suối trong lưu vực; L = 12,7Km - Chiều dài lưu vực: L = 6,5Km - Chiều rộng lưu vực: L = 3,0Km Rừng trong lưu vực chủ yếu là rừng tái sinh và trồng rừng theo chương trình 327 giao đất giao rừng cho hộ dân. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 4 Ngành Công trình Độ dốc bình quân lưu vực 30 ~ 40% Lòng hồ cao độ (+13,00~+18,00) mức nước đến cao độ (+28,00) diện tích ngập khoảng 120ha.Trong long hồ do địa hình dốc và phức tạp nên dân không trồng lúa mà trồng cây lấy gỗ là chính như bạch đàn… Hiện nay cây có đường kính 15~25cm đang độ phát triển. Số lượng cây bị ngập được UBND Huyện Tĩnh Gia thành lập hội đồng xác định đưa vào phần đền bù hoa lợi. Suối chính có độ dốc i = 26,5% Chiều rộng suối chính bình quân 30m. Tại vị trí đập độ dốc long suối i = 0,005 Chiều rộng long suối 25m. Do địa hình lưu vực dốc do đó trong suối về mùa tháng 2 tháng 3 nước ở suối chỉ có chiều sâu 0,2 ~ 0,3m, nhưng về mùa lũ theo vết lũ max mực nước tại vị trí đập nước sâu 12~13m. 1.1.2.2. Tuyến đầu mối Đập đất vị trí tuyến phía dưới 2 khe gặp nhau 100m hai đầu đập là 2 dãy núi có sườn thoải chạu dọc theo suối Tân Thành, đầu đập phía tả sườn núi thoải và tương đối phẳng, ở cao độ (+30,00) có eo đổ về hạ lưu bố trí tràn xả lũ đổ về suối Tân Thành. Lòng suối đi sát sườn núi phía hữu, cao độ long suối ở vị trí đập (+4,00) đầu đập phía hữu có sườn núi dốc địa hình phức tạp. 1.1.2.3 Tuyến tràn xả lũ Tràn xả lũ được bố trí đầu vai phải đập chạy dọc theo sườn dốc cao độ (+30,00)đổ về thẳng về hạ lưu suối Tân Thành ở cao độ (+4~4,5) chiều dài >70m. 1.1.2.4. Tuyến cống dưới đập Tưới cho khu tưới phía Bắc 110ha. Vị trí cống ở đầu vai hữu đập, sườn núi tương đối dốc và sát long suối Tân Thành. 1.1.2.5. Đại hình khu tưới và tuyến kênh chính Khu tưới có 2 vùng: Vùng 1: Sau đập diện tích 110ha, khu tưới cách vị trí đập 750m đến giáp đường sắt. Cao độ khu tưới cao nhất (+12,0) và thấp nhất (+10,0) có xu thế dốc theo hướng Đông-Bắc (từ đập xuống). Tuyến kênh đi men theo sườn núi phía hữu từ đầu đập vào giữa vùng tưới dài 2km, từ cao độ (+13,0) xuống cao độ (+10,0) SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 5 Ngành Công trình Vùng 2: khu tưới sau eo Văn Liễn diên tích 612ha. Từ thượng lưu hồ Ao Quan xuống đến giáp xã Trúc Lâm chiều dài khu tưới L = 7,0Km chiều rộng khu tưới từ sườn núi thuộc địa phận xã Xuân Lâm xuống đến đường sắt, chỗ rộng nhất 2,75Km nơi hẹp nhất 500m. Xu thế địa hình khu tưới dốc theo hướng Bắc-Nam(từ eo Văn Liễn xuống), cao độ nơi cao nhất (+9,5~+12,0) nơi thấp nhất (+5,5~+6,5) hầu hết ở cao độ (+5,0~+7,0) trong khu tưới có nhiều khe, suối tiêu nước chảy về sông Bạng. Tuyến kênh từ eo Văn Liễn theo sườn núi từ độ cao (+12,5~+7,0) chiều dài 7,0Km. Những đoạn qua các khe suối làm cầu máng dẫn tưới, để tiêu nước dưới máng trong khu tưới thuận tiện đảm bảo ổn đinh cho kênh. 1.2. Tình hình khí tượng thuỷ văn 1.2.1. Mạng lưới trạm thuỷ văn và tài liệu tính toán Đặc điểm thuỷ văn lưu vực hồ Tân Thành là một vùng đồi núi gần biển, khí hậu có 2 mùa rõ rệt, mùa mưa từ thang 6 đến tháng 12, mùa khô từ tháng 1 đến tháng 5 năm sau. Trong lưu vực không có tram thuỷ văn. Do đó khi tính sử dụng các trạm thuỷ văn lân cận như trạm Tĩnh Gia, Yên Mỹ và tham khảo tài liệu của trạm Xuân ThượngThanh Hoá. - Vị trí trạm thuỷ văn Tĩnh Gia cách trung tâm lưu vực 9Km về phía Đông. - Trạm Yên Mỹ cách trung tâm lưu vực 10Km về phía Tây. - Trạm Thanh Hoá cách trung tâm lưu vực 35Km về phía Bắc. - Trạm Xuân Thượng cách trung tâm lưu vực 35Km về phía Tây. Các trạm trên có liệt số thuỷ văn năm 1952~1980 là 27 năm. Riêng trạm Xuân Thượng có 18 năm từ 1968~1985 (tài liệu đã dùng tính toán dự án hồ chứa Tân Thành năm 1989). Các tài liệu khí tượng thuỷ văn trên đã được đài khí tượng thuỷ văn Thanh Hoá thông qua và tổng cục khí tượng thuỷ văn phê chuẩn. Do tài liệu có ít, em đã bổ sung thềm tài liệu đo mưa của tram thuỷ văn Tĩnh Gia và Yên Mỹ, từ năm 1980 đến năm 2000 là 20 năm đưa vào liệt tính toán thuỷ văn cho hồ Tân Thành. 1.2.2. Các đặc trưng khí tượng thuỷ văn a. Đặc trưng thuỷ văn lưu vực: Bảng 1-1: Đặc trưng thuỷ văn lưu vực SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 6 Ngành Công trình Đặc trưng Kí hiệu Đơn vị Chỉ số Diện tích lưu vực F Km2 20 Chiều dài sông L Km 8,5 Độ dốc lưu vực Jp % 11,05 Độ dốc lòng sông J % 4,49 -Dòng chảy năm: Bảng 1-2: Dòng chảy năm Đặc trưng Lưu vực tính đến đập tuyến I Flv = Xo(m) Mo(l/s/Km2) Yo(mm) Qo(m3/s) Wo.106(m3) 1809 26,36 831 0,527 16,2 Bảng 1-3: Dòng chảy năm tần suất 75% Đặc trưng Lưu vực tính đến đập tuyến I Flv = 20Km2 Q75%(m3/s) W75%(106m3) 0,372 11,6 Bảng 1-4: Phân phối dòng chảy năm 75% Tháng W 106m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.27 0.232 0.175 0.113 0.228 0.337 0.615 3.099 3.445 2.38 0.151 0.545 - Dòng chảy lũ: Bảng 1-5: Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế Tần suất 0,2% 0,5% 1% 1,5% t(h) 10,5 10,5 10,5 10,5 Qmax(m3/s) 538 480 436 400 Wmax(106m3) 9,55 8,73 8,12 7,55 Bảng 1-6: Quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế (P = 1%) Thời 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 gian SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT 5.00 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 7 Ngành Công trình (h) Q 0.00 62.30 124.57 186.86 249.14 311.43 337.70 436.00 404.86 373.71 342.57 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 10.50 311.42 280.28 249.14 218.00 186.86 155.71 124.57 93.49 62.28 31.14 0.00 (m3/s) Thời gian (h) Q (m3/s) Bảng 1-6: Quá trình lũ ứng với tần suất kiểm tra (P = 0,2%) Thời gian 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 0.00 92.30 169.75 245.76 343.14 385.43 439.71 538.00 484.86 461.13 414.59 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 10.50 363.55 325.18 289.14 253.22 210.52 180.61 148.57 120.23 77.82 43.27 0.00 (h) Q (m3/s) Thời gian (h) Q (m3/s) - Bốc hơi: + Bốc hơi lớn nhất: Zo = 1800mm. + Bốc hơi lưu vực: Zlv = 378mm. + Lượng bốc hơi mặt hồ: Z = Zo - Zlv=1422mm. + Lượng bốc hơi trung bình năm huyện Tĩnh Gia là Zo = 898,5mm. Bảng 1-8: Phân phối lượng bốc hơi mặt nước theo các tháng Tháng I II III IV V VI Bốc hơi mm) 24.2 18 15.9 21.4 43.3 54.4 Tháng VII VIII IX X XI XII Bốc hơi mm) 62.7 41.9 32.5 37.2 38.4 32 - Lượng bùn cát: + Lượng bùn cát lơ lửng theo tài liệu thuỷ văn lấy: Vll = 2992m3/năm. + Bùn cát di đẩy lấy bằng 30% lượng bùn cát lơ lửng: Vdđ = 898m3/năm. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 8 Ngành Công trình + Bùn cát do sạt lở vách núi bờ sông trong lưu vực lấy 15% lượng bùn cát lơ lửng: Vsl = 449m3/năm. + Tổng lượng bùn cát: Vbc= 4339m3/năm. b. Đặc trưng khí tượng lưu vực: - Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất tháng 1: từ 16 - 17 0C, tháng cao nhất tháng 7: từ 19 - 290C. Nhiệt độ cao nhất 40oC. Bốn tháng trong năm có nhiệt độ trung bình (20OC từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau). Bảng 1-9: Thống kê nhiệt độ trung bình trong tháng của năm tại trạm Tĩnh Gia Tháng 1 ToC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 B/q năm 12 16.7 17.1 19.7 23.1 27.1 28.6 29.1 28 26.6 24.3 21 18.3 23.3 - Độ ẩm: + Độ ẩm bình quân từ 85% ÷87% + Độ ẩm bình quân tháng lớn nhất: 91% + Độ ẩm bình quân tháng thấp nhất: 81% Sự chênh lệch giữa các vùng và độ ẩm tương đối ít so với độ ẩm tuyệt đối. Bảng 1-10: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm trạm Tĩnh Gia Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm % 90 90 93 91 83 84 80 85 88 85 84 86 86 - Gió bão: Ứng theo mùa tốc độ gió lớn nhất mùa bão là 43m/s. + Tốc độ gió bình quân lớn nhất: Vmax = 35m/s. + Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 2%, V2% = 43,7m/s. + Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 4%, V4% = 39m/s. + Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 5%, V5% = 37,2m/s. + Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 30%, V30% = 34,4m/s. + Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 50%, V50% = 32m/s. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 9 Ngành Công trình Bão ảnh hưởng bắt đầu từ tháng VI đến hết tháng XI, hầu hết các trận bão đổ bộ vào đất liền thường mang theo lượng mưa lớn (200 ÷250mm), kéo dài về diên rộng. -Mưa: Mùa mưa từ tháng V ÷ X mùa khô từ tháng XI ÷ IX năm sau.ư + Lượng mưa bìng quân nhiều năm: 1809mm. + Lượng mưa năm lớn nhất: 2963mm. + Lượng mưa năm nhỏ nhất: 945mm. + Lượng mưa ứng với tần suất thiết kế 75% là: Xp = 1410mm. Bảng 1-11: Lượng mưa trung bình trạm Tĩnh Gia Tháng 1 X(mm) 39 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm 32 47 54 94 140 180 268 488 382 94 38 861 1.2.3. Đường đặc tính dung tích hồ: Bảng 1-12: Đường đặc tính lòng hồ Z (m) 4.5 7.5 13 15.7 19 22 22.6 24.4 26.5 28.4 30.2 32.6 34.4 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải F (106 m2) 0.00 0.00 0.19 0.36 0.50 0.76 0.85 0.96 0.98 1.26 1.48 1.65 1.89 V (106m2) 0.00 0.00 0.70 1.29 2.73 3.48 4.48 6.68 7.07 9.20 11.80 13.60 15.30 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 10 36.2 38 39.8 2.13 2.37 2.61 Ngành Công trình 17.00 18.70 20.40 Hình 1-1: Biểu đồ quan hệ: Z~V Hình 1-2: Biểu đồ quan hệ: Z~F 1.3 .Tình Hình địa chất 1.3.1 Điều kiện địa chất các hạng mục công trình SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 11 Ngành Công trình Địa chất vùng xây dựng công trình tương đối phức tạp. Qua tài liệu khảo sát nghiên cứu ta có : 1.3.1.1 Lòng hồ : Vùng hồ được bao bọc bởi các dãy núi cao trên 30 m, đáy hồ phủ các lớp pha tàn tích á sét dày 1,0 ÷ 10 m, hệ số thấm nhỏ (10-5 ÷ 10-6cm/s) ngăn giữ được nước. Chỉ có hỗn hợp cát + cuội sỏi dày 3,8 ÷ 4 m là thấm mạnh, cần xử lý. 1.3.1.2 Tuyến đập : Có hai loại địa hình : loại tích tụ phân bố ở khe suối, rộng trung bình 20 – 30 m. Địa hình xâm thực ở hai vai đập tương đối dốc : 300 ÷ 400. - Lớp bồi tích lòng suối rộng 54 m, dày 3,8 – 4,0 m là hỗn hợp cát, cuội, sỏi. Cát sỏi thành phần là fenspat, thạch anh, thỉnh thoảng gặp cuội của đá riolít cứng. - Lớp pha tàn tích á sét mầu nâu gụ lẫn 15 ÷ 20% sỏi sạn, vụn đá : kết cấu kém chặt đến chặt vừa, dẻo mềm, ở bờ trái càng lên cao càng dày (2,7 ÷ 5,2 m). - Lớp pha tàn tích á sét nâu vàng lẫn ít sỏi sạn phân bố ở vai trái, lớp này chặt vừa, dẻo mềm đến cứng, chiều dày 3,3 ÷ 5,8 m. - Lớp pha tàn tích dăm sạn lẫn màu nâu xám ở vai phải dày 1 ÷1,5 m. Các lớp pha tàn tích có : C = 0,22 ÷ 0,33 kg/cm2. ϕ = 11040 ÷ 15045. K = (7,64 ÷ 9,36).10-6 cm/s. - Lớp đá phong hoá mạnh, yếu đến vừa : là đá riolit màu xám, xám nâu. 1.3.1.3 Tuyến cống và tràn : Tuyến tràn và tuyến cống ở vai đập, móng đặt lên lớp pha tàn tích và đá riôlít phong hoá mạnh. 1.4. Tình hình vật liệu xây dựng 1.4.1. Vật liệu đất đắp đập Vật liệu đất đắp đậo đã được khảo sát 4 mỏ, trong đó 2 mỏ ở thượng lưu đập (trong lòng hồ) cách đập 600~1200m và 2 mỏ ở hạ lưu đập 400~600m vị trí từng mỏ đã được khoanh trên bình đồ vùng tuyến đập. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 12 Ngành Công trình 3 Trữ lượng khảo sát 2 mỏ trong lòng hồ la (400000~800000)m , độ dày lớp khai thác (2,5~4)m, chất lượng tốt bảo đảm yêu cầu đắp đập, có tài liệu cơ lý của đất kèm theo. Trữ lượng khảo sát 2 mỏ hạ lưu đập là 200000m3. + Đất đắp đập : Độ ẩm tự nhiên w = 36,78% ; Dung trọng khô γk = 1,32 T/m3. Tỷ trọng ∆ = 2,74 ; Hệ số rỗng ε = 1,19 ; Độ rỗng n = 54,19%. Độ bão hoà G = 84,53% ; Góc ma sát trong ϕ = 160 Lực dính C = 3,8 T/m2 ; Cbh = 1,9 T/m2 ; Hệ số thấm k = 1,89.10-8 cm/s. Dung trọng tự nhiên : γ tn = γ k .(1 + w ) = 1,32.(1+0,3678) = 1,81 (T/m3). Dung trọng bão hoà : γ bh = γ k + n.γ n = 1,32 + 0,5419.1 = 1,86 (T/m3). + Đất nền : γbh = 2,2 (T/m3) ; C = 0 ; ϕ = 350 ; + Đá làm thiết bị thoát nước : C = 0; ϕ = 320; n = 0,35 ; γđá tn = 2,5T/m3; γbh= 2,85T/m3. 1.4.2. Đá hộc + đá 1x2 đổ bê tông. Vùng Tĩnh Gia đá xây dựng không có đá cường độ cao, chủ yếu là đá phong hoá màu vàng, màu xám nâu cường độ thấp. Để đảm bảo chất lượng công trình, đã đề nghị lấy đá hộc và đá đổ bê tong ở mỏ đá Nhồi hoặc mỏ đá Đông Cương Thanh Hoá (mỏ đá lớn của tỉnh). 1.4.3. Cát đổ bê tông Qua khảo sát thăm dò, cát đổ bê tong và cát trát xây dựng công trình Tân Thành sử dụng vật liệu tốt lấy ở Phà Vạn Thanh Hoá đảm bảo yêu cầu chất lượng. 1.4.4. Xi măng sắt thép. - Xi măng sử dụng loại xi măng Nghi Sơn – Tĩnh Gia - Sắt thép đạt tiêu chuẩn. 1.4.5. Nước dùng cho sinh hoạt và xây dựng. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 13 Ngành Công trình Lấy nguồn nước từ suối Tân Thành, nước ở suối Tân Thành là nước ngọt không màu, không mùi, hiện nay dân địa phương vẫn đang sử dụng trong sinh hoạt tốt, nước này có thể dùng đổ bê tông, trữ lượng nước đủ yêu cầu cho xây dựng. CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 2.1.Tình hình dân sinh kinh tế 2.1.1.Dân số và lao động Theo số liệu điều tra năm 1986 dân số toàn huyện Tĩnh Gia 17000 người, đến năm 1990 có khoảng 187000 người và năm 2000 có 198000 người. Riêng vùng phía nam huyện Tĩnh Gia có 14 xã tổng số dân tính đến năm 2000 là 78500 người. Dân số nông nghiệp chiếm 70%, nghề cá chiếm 20%, các nghề khác 10%. Vùng dự án số dân 4 xã: Định Hải, Hải Nhân, Nguyên Bình và Xuân Lâm. Tính đến năm 2000 là 19800 người chủ yếu là nghề nông nghiệp chiếm 90% còn lại 10% là nghề khác, tỷ lệ phát triển dân số 2,2%. Bảng 1-13: Dân sinh lao động của 4 vùng dự án. Tổng dân số Xuân Lâm 5500 Nguyên Bình 4800 Hải Nhân 5200 Định Hải 4300 Xã Nam Nữ 2800 2500 2500 2300 2700 2300 2650 2100 Nghề nông nghiệp(%) 85 95 90 90 Nghề khác(%) 15 5 10 10 2.2. Hiện trạng kinh tế 2.2.1 Nhiệp và đời sống nông thôn vùng dự án. Hiện nay do năng suất cây trồng thấp vì thiếu nước, việc đưa tiến bộ khoa học vào sản xuất nông nghiệp là khó khăn đối với đời sống chung của nhân dân Tĩnh Gia và riêng của vùng dự án là còn quá nghèo tỷ lệ đói nghèo còn cao, hang năm tỉnh và huyện phải trợ cấp khó khăn, phương hướng quy hoạch vùng dự án là xây dựng hồ Tân Thành chủ độ cấp nước tưới cho 722ha, từng bước cải tạo đồng ruộng đưa 70SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 14 Ngành Công trình 90% giống lúa mới có năng suất cao vào vùng dự án, kể cả cây màu và cây công nghiệp. 2.2.2 Lâm nghiệp Sau khi xây dựng hồ cải tạo môi trường sinh thái, khí hậu những vùng diện tích có cao độ cao (vùng sườn đồi bãi, núi) giao khoán cho các cán bộ xã viên trồng rừng, xây dựng điểm các trang trại. Quy hoạch theo vùng để phát triển các loại cây cho phù hợp với từng loại đất ở xung quanh hồ Tân Thành và lưu vực hồ có thể trồng cây lấy gỗ như cây bạch đàn xen kẽ trồng những vùng cây ăn quả. 2.2.3. Công nghiệp Trong vùng dự án không có nhà máy công nghiệp, trong tương lai vùng này chưa có quy hoạch xây dựng nhà máy công nghiệp nao. Vùng phía nam huyện Tĩnh Gia có khu công nghiệp Nghi Sơn là nhà máy xi măng trắng và cảng nước sâu, đây là tiền đề thuận lợi cho các vùng lân cận sản xuất phát triển kinh tế xã hội. 2.2.4. Y tế Hiện tại các vùng dự án có các tram xá nhưng trang thiết bị còn quá đơn sơ, số cán bộ y tế có trình độ còn thấp chưa có bác sĩ ở trạm, tương lai phải đầu tư 1÷2 bác sĩ. 2.2.5 Giáo dục Nhân dân và nhà nước chăm lo đến việc phát triển giáo dục, các xã đã có trường trung học và tiểu học kiên cố. 2.2.6. Dịch vụ thương nghiệp Phương tiện và cơ sở hạ tầng dịch vụ thương nghiệp trong vùng dự án rất nghèo nàn cả về chất lượng lẫn số lượng, không có cơ sở chế biến nông sản, công nghiệp không có dịch vụ thương nghiệp, chỉ buôn bán nhỏ ở các chợ liên xã. 2.2.7. Giao thông vận tải Giao thông trong vùng dự án có đường sắt Bắc – Nam chạy qua, đường quốc lộ 1A chạy qua, có trục đường liên xã chạy dọc qua 4 xã qua công trình cống Văn Liên và đến gần khu vực đậo đầu mối, đường đất ô tô có thể đi được, các mạng đường thôn xóm nối nhau tạo thành một hệ thống giao thông nông thôn đi lại thuận tiện. Trong tương lai xây dựng kinh tế hạ tầng Nhà nước và nhân dân cùng làm sẽ dần dần kiên cố SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 15 Ngành Công trình hoá các đường giao thông liên thôn. Riêng tuyến đường từ 1A vào khu vực đầu mối và eo Văn Liên trong dự án này được nâng cấo đường dải nhựa (đường cấp 4 đồng bằng), làm đường vận chuyển vật liệu và quản lý công trình, chiều dài eo Văn Liên L = 1730m, chiều dài tuyến vào đầu mối L = 2670m. 2.2.8. Hiện trạng thuỷ lợi Xây dựng hồ chứa Tân Thành để đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sản xuất, sửa chữa nâng câng cấp các hồ đập nhỏ để có nhiều nguồn nước phục vụ cho nhu cầu ngày càng phát triển trong vùng. Định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng dự án và vùng lân cận. Xây dựng hồ Tân Thành từng bước đưa năng suất nông nghiệp đạt bình quân 6 ÷ 7 tấn/ha. Ngoài ra xây dựng cơ sở hạ tầng phấn đấu 90% các hộ gia đình có nhà kiên cố và bán kiên cố không có hộ đói, giảm hộ nghèo. CHƯƠNG III : PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH. 3.1 Phương án sử dụng nguồn nước. Để có được giải pháp công trình tốt nhất trước khi thiết kế công trình cần phải xác định được lượng nước yêu cầu của các hộ dùng nước và nhu cầu dùng nước của các loại cây trồng. 3.2. Tình hình quy hoạch nguồn nước trong vùng 3.2.1. Lượng nước yêu cầu Trên cơ sở giải pháp công trình, diện tích, cơ cấu, thời vụ cây trồng điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu qua tính toán thuỷ nông, xác đinh mức tưới, hệ số tưới và lượng nước yêu cầu đối với hồ chứa Tân Thành. Vùng dự án nằm sát vùng tưới của hệ thống thuỷ nông Yên Mỹ, điều kiên thổ nhưỡng, cây trồng và khí hậu giống nhau. Tính toán thuỷ nông cho hồ Yên Mỹ đã được kiểm đinh thực tế những năm qua cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật thuỷ nông của hồ Yên Mỹ phù hợp với thực tế áp dụng tính cho hồ Tân Thành. - Hệ số tưới: + qmax = 1,72(l/s)/ha. + qmin = 0,53(l/s)/ha. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 16 Ngành Công trình + qtk = 1,0(l/s)/ha. + qmàu = 1,72(l/s)/ha. - Hệ số lợi dụng kênh mương hệ thống: ηht = 0,65 Bảng 3-1: Mức tưới cho 1 ha lúa và màu Tháng W.103(m3)/1ha lúa W.103(m3)/1ha màu 1 2 3 4 5 2,709 2,639 2,243 2,53 3 0,83 5 0,717 0,679 0,767 0,17 3 0,05 3 6 7 8 9 10 11 0 3,39 5 2,4 4 1,04 4 2,177 0 0 0 0 0 0 0 12 1,76 3 0,53 5 Tổng 20,85 3,586 3.2.2. Nhu cầu dùng nước tưới cho 722ha Trong đó 442ha lúa, 280ha hoa màu. Bảng 3-2: Nhu cầu dùng nước của vùng Tháng W.106(m3) Tháng W.106(m3) 1 1,503 7 0,089 2 1,248 8 1,081 3 1,182 9 0,460 4 1,334 10 0,962 5 0,693 11 0,265 6 0,06 12 0,929 3.2.3. Diện tích tưới vùng dự án các loại cây trồng Vùng dự án diện tích tưới có 2 khu: Tại khu tưới phía Bắc diện tích 110ha, trong đó tưới cho màu 46ha từ cao độ (+10,0 ÷ +12,0). Tưới cho lúa 64ha từ cao độ (+11÷+9,8). Tại khu tưới phía Nam diện tích 612ha. Trong đó tưới cho màu 234ha từ cao độ (+12,5 ÷ +8,5). Tưới cho lúa 378ha từ cao độ (+9,5 ÷+5,5). - Tổng diện tích cả 2 vùng 722ha. - Trong đó: Tưới cho màu là 280ha. - Tưới cho lúa: 442ha. 3.3. Phương hướng phát triển Duy trì tốc độ tăng trưởng kinh tế ở mức cao, cải thiện và nâng cao mức sống của nhân dân. Xây dựng nền nông nghiệp bền vững, dần chuyển dịch cơ cấu kinh tế sang nâng cao tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ.Theo kế hoạch phát triển kinh tế của địa phương thì đây là vùng có tiềm năng để phát triển kinh tế nông nghiệp, có điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu thích hợp với các loại cậy công nghiệp có hiệu quả kinh tế cao, là vùng đất đai còn rộng nhưng đời sống của nhân dân còn gặp khó khăn vì không SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 17 Ngành Công trình có hệ thống thủy lợi phục vụ tưới nên năng suất thấp. Vì vậy việc cần thiết phải có sự đầu tư của nhà nước để xây dựng công trình với quy mô thỏa đáng. Với kế hoạch là tưới phục vụ tổng diện tích là 722ha, kết hợp với nuôi trồng thủy sản.Với điều kiện đủ nước thì đưa giống mới vào sản xuất nông nghiệp, năng suất từ đó nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho nhân dân trong vùng 3.4. Nhiệm vụ công trình thuỷ lợi hồ Chứa Tân Thành Xây dựng hồ chứa Tân Thành nhằm mục đích cấp nước cho 722ha diện tích của 4 xã Nguyên Bình, Hải Nhân, Định Hải và Xuân Lâm cấp nước sinh hoạt cho 4000 người vùng dự án 4 xã nói trên, giảm bớt lũ cho sông Thị Long, tạo cảnh quan môi trường, tươi xanh, sạch đẹp vùng dự án, góp phần tích cực vào muc tiêu xây dựng kinh tế hạ tầng cơ sở, ổn định đời sống nhân dân, an ninh quốc phòng vững mạnh. 3.5. Sự cần thiết phải xây dựng công trình Huyện Tĩnh Gia gồm 34 xã tổng diện tích 44244ha số dân 170000 người trong đó nghề nông nghiệp chiếm 70%. Tổng diên tích canh tác trên 10000ha. Vùng phía bắc sông Lạng Bạng gồm 20 xã, diện tích tự nhiên trên 23 ngang ha. Diện tích canh tác 6 ngàn ha nguồn nước tưới chủ yếu là hồ Yên Mỹ. Hồ này theo nhiệm vụ tưới cho 5840ha, những năm trước đây chỉ đảm bảo 60÷70% nhiệm vụ. Nguyên nhân là do kênh mương không đảm bảo, các công trình trên kênh không đồng bộ tưới tràn mất nhiều nước. Do đó phải có đầu tư để làm lại kênh chính, kênh Bắc, kênh nhánh. Ngoài ra còn có một số hồ đập nhỏ nhưng chỉ tưới khoảng 100ha. Vùng này thiếu nước mà không có nguồn. Do vậy để đáp ứng các yêu cầu trên thì xây dựng công trình hồ Tân Thành là rất cần thiết. CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC THÀNH PHẦN 4.1 Giải pháp công trình Trong thực tế có rất nhiều phương án đáp ứng yêu cầu dùng nước phục vụ nông nghiệp, nhưng căn cứ vào điều kiện thực tế cho phép của từng khu vực mà ta lựa chọn phương án có lợi nhất. Qua phân tích thấy rõ phương án xây dựng hồ chứa khống chế tưới tự chảy là phương án thích hợp nhất đối với khu vực mà điều kiện tự nhiên cho phép. Tại khu vực dự định xây hồ chứa Tân Thành ta thấy nguồn cung cấp vật liệu gần và thuận tiện, SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 18 Ngành Công trình tình hình địa chất của nền đảm bảo độ an toàn của đập. Tuy nhiên xét trong điều kiện cụ thể của tuyến công trình ta thấy chọn loại đập đất có nhiều thuận lợi hơn vì: + Quản lý khai thác đơn giản, công tác tu bổ ít tốn kém. + Vật liệu xây dựng: đã tiến hành thăm dò và tìm kiếm được 7 mỏ đất dính đáp ứng được yêu cầu về chất lượng làm đập đất. Về trữ lượng có khả năng khai thác được tùy theo trữ lượng thiết kế yêu cầu . + Nước ta đã và đang xây dựng rất nhiều đập đất nên về công nghệ và kỹ thuật cũng như kinh nghiệm quản lý thi công đều có. Vì vậy ta chọn hình thức xây dựng đập dâng nước là đập đất.Việc xây dựng hồ chứa Tân Thành là giải pháp tốt nhất giải quyết nhu cầu dùng nước và tưới cho nông nghiệp của xã. Đây là phương án tiết kiệm nhất cho đồng bào cho khu vực. 4.2 Hình thức các công trình đầu mối 4.2.1 Đập ngăn sông Dựa vào tình hình địa hình địa chất khu vực xây dựng và lượng vật liệu tại khu vực xây dựng thì có thể chọn hình thức đập là đập đất đồng chất. Vật liệu cung cấp đủ trữ lượng để xây dựng đập với cự ly hợp lý. 4.2.2 Tràn xả lũ. Tràn tính toán là tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết. 4.2.3 Cống lấy nước Cống lấy nước là cống hộp bê tông cốt thép 4.3. Cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế: 4.3.1.Xác định cấp công trình Theo TCXDVN 285 : 2002 công trình tưới 722 ha thuộc công cấp III Theo chiều cao công trình: tuyến đập có chiều cao đập bằng 15đến 35m. Loại đất nền là đất á sét thuộc nhóm B và là loại đập đất. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002 ta có cấp công trình là cấp III ⇒ Tổ hợp lại ta có công trình là công trình cấp III. 4.3.2. Các chỉ tiêu thiết kế: Căn cứ vào TCXDVN 285: 2002 với công trình cấp III chúng ta có các chỉ tiêu thiết kế sau: -Tần suất lưu lượng lũ thiết kế: SVTH: Nguyễn Ngọc Hải P = 1% Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 19 -Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra: Ngành Công trình P = 0,2% - Tần suất gió tính toán (bảng (4-2) 14TCN 157-2005) + Với MNDBT P = 4% + Với MNLTK P = 50% - Mức đảm bảo tưới: P= 75% - Đối với tổ hợp lực cơ bản + Hệ số tổ hợp tải trọng: nc = 1.0 + Hệ số điều kiện làm việc: m = 1.0 + Hệ số tin cậy: kn = 1.15 - Đối với tổ hợp lực đặc biệt + Hệ số tổ hợp tải trọng: nc = 0.95 + Hệ số điều kiện làm việc: m = 1.0 Tổ hợp lực bình thường: [k] = 1.2 Tổ hợp lực đặc biệt: [k] =1.15 Tuổi thọ công trình là: 75 năm + Độ vượt cao an toàn (bảng (4-1) 14TCN 157-2005) a = 0,7m ứng với MNDBT a = 0,5m ứng với MNLTK a = 0,2m ứng với MNLKT 4.4. Xác định các thông số hồ chứa 4.4.1 Xác định mực nước chết - Mực nước chết là mực nước thấp nhất cho phép tồn tại trong kho, khi ở mực nước chết không cho phép lấy bất kỳ một lượng nước trong kho. Nguyên tắc lựa chọn mực nước chết. - Mực nước chết (MNC) phải chứa hết phần bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong suốt thời gian hoạt động của công trình. Vc ≥ Vb.T Trong đó: + Vb : thể tích bồi lắng hàng năm. + T : thời gian hoạt động của công trình. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 20 Ngành Công trình - Đối với kho nước có nhiệm vụ tưới tự chảy, MNC không được nhỏ hơn cao trình mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy. MNC ≥ Zyc + hW Trong đó: + Zyc : cao trình yêu cầu tưới tự chảy đầu kênh. + hW : tổng tổn thất cột nước qua cống. Do đó khi xác định MNC cần thoả mãn 2 điều kiện sau: Điều kiện lắng đọng bùn cát. Điều kiện tưới tự chảy. 4.4.1.1: Xác định mực nước chết theo điều kiện lắng đọng bùn cát. - Theo nguyên tắc lắng đọng bùn cát, mực nước chết được xác định theo công thức: MNC = Zbc + a + h Trong đó: + a: độ cao an toàn đảm bảo bùn cát không đi vào cống láy nước. + h: chiều sâu dòng chảy ở cửa vào cống, ứng với MNC và lưu lượng tương ứng. - Sơ bộ chọn : a = 0,5m ; h = 1m. + Zbc : cao trình bùn cát được xác định theo thể tích bùn cát. Xác định tuổi thọ của hồ chứa: Với công trình cấp III, tra TCXDVN 285-2002, ta có tuổi thọ của công trình là T = 75năm. Xác định thể tích bùn cát Vbc : Vbc = Vll + Vdđ + Vsl = 2992+898+449 = 4339(m3/s) + Vll : thể tích bình quân nhiều năm của chất lơ lửng. + Vdđ : thể tích bùn c át di đẩy lấy bằng. + Vsl : thể tích bùn cát do sạt lở vách núi bờ sông trong lưu vực. Qua thời gian T=75 năm, dung tích lắng đọng của hồ là: VTLĐ = 75. 4339 = 325425(m3) Từ VTLĐ tính toán, tra quan hệ Z~V ta được: Zbc = +9,74 m → MNC = 9,74 + 0,5 + 1 = 11,24 m (1) 4.4.1.2: Xác định mực nước chết theo điều kiện tưới tự chảy. - Theo điều kiện tưới tự chảy, MNC được xác định như sau: MNC = Zyc + hW Trong đó: SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 21 Ngành Công trình + Zyc : cao trình yêu cầu tưới tự chảy đầu kênh. Zyc = 13,5 + hW : tổng tổn thất cột nước qua cống, sơ bộ chọn hW =0,5 → MNC = 13,5 + 0,5 = 14m (2) Từ (1) và (2) → chọn Max(MNC) = 14m Tra quan hệ Z~V → Vc = 0,82.106 m3 4.4.2 Xác định MNDBT và dung tích hồ chứa 4.4.2.1 Định nghĩa. - Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là mực nước hồ chứa đảm bảo cho công trình làm việc bình thường. - Phần dung tích giới hạn giữa MNC và MNDBT gọi là dung tích hiệu dụng. 4.4.2.2 Nguyên tắc xác định. Cách lựa chọn MNDBT và dung tích hồ chứa Vh cần kết hợp các điều kiện sau: - Cao trình mực nước trong kho phải nhỏ hơn hoặc bằng cao trình mực nước cao nhất cho phép của hồ chứa, hoặc dung tích trong kho phải nhỏ hơn hoặc bằng dung tích lớn nhất của hồ chứa. Z(t) ≤ Zmax hoặc V(t) ≤ Vmax - Cao trình mực nước trong kho phải lớn hơn hoặc bằng cao trình mực nước thấp nhất cho phép của hồ chứa, hoặc dung tích trong kho phải lớn hơn hoặc bằng dung tích nhỏ nhất của hồ chứa. Z(t) ≥ Zmin hoặc V(t) ≥ Vmin - Lưu lượng nước ra khỏi kho phải nhỏ hơn bằng lưu lượng nước cho phép tháo xuống hạ lưu để thoả mãn yêu cầu phòng lũ ở hạ lưu. qi(t) ≤ [q] Yêu cầu về nước ra khỏi kho nước: Lượng nước ra khỏi kho nước phải nhỏ hơn hoặc bằng yêu cầu cấp nước mà công trình phải thoả mãn. qi(t) ≤ qyci(t) 4.4.2.3 :Phương pháp tính toán. Tính toán điều tiết hồ xác định MNDBT sử dụng một số phương pháp sau: SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 22 Ngành Công trình ∗ Phương pháp trình tự thời gian: Gồm 2 phương pháp nhỏ + Phương pháp lập bảng + Phương pháp đồ giải ∗ Phương pháp thống kê: Trong đồ án này ta chọn phương pháp lập bảng (Giải theo nguyên lý cân bằng nước). [Q(t) –q(t)] .∆t = dv(t) Trong đó: Q(t) là tổng lượng nước chảy vào kho. q(t) là tổng lượng nước yêu cầu. Với kho nước điều tiết dài hạn - Sai phân hoá phương trình trên ta được: Qi ∆t i – qi.∆ti = Vi –Vi -1 Trong đó: Vi và Vi-1 : dung tích đầu và cuối thời đoạn tính toán . ∆ti = ti - ti-1: thời đoạn cân bằng thứ i, chọn ∆i = 1 tháng. Qi , qi : lưu lượng nước đến và đi trong thời đoạn tính toán. 4.4.2.4 Trình tự tính toán. Sử dụng phương trình cân bằng nước để cân bằng cho từng thời đoạn, trên cơ sở đó xác định thời kỳ thừa nước, thời kỳ thiếu nước từ đó xác định được dung tích hồ chứa cần xây dựng. a. Tính dung tích hồ (Vh ) chưa kể tổn thất. Thiết lập bảng tính: Bảng Tính: 4-1: dung tích hiệu dụng không kể đến tổn thất Lượng + ∆V ∆V Tháng WQ Wq nước Lượng nước xả thừa 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 10 m 10 m 10 m 10 m 10 m 106m3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) VI 0.337 0.000 0.337 0.337 VII 0.615 0.089 0.526 0.863 VIII 3.099 1.081 2.018 2.881 IX 3.445 0.460 2.985 5.389 0.477 X 2.380 0.962 1.418 5.389 1.418 XI 0.151 0.265 0.114 5.275 XII 0.545 0.929 0.384 4.891 I 0.270 1.452 1.182 3.709 II 0.232 1.248 1.016 2.693 III 0.175 1.182 1.007 1.686 IV 0.113 1.334 1.221 0.465 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư V 0.228 Cộng Trang 23 0.693 11.590 9.695 0.465 7.284 Ngành Công trình 0.000 5.389 1.895 + Cột 1 : Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn. + Cột 2: Tổng lượng dòng chảy đến trong từng tháng WQi = Qi.Δti Qi : Lượng nước đến trong từng tháng Δti : thời gian của một tháng (s) + Cột 3: Tổng lượng nước dùng + Cột 4,5: Lượng nước thừa thiếu (4) = (2) - (3) khi WQ > Wq (tổng lượng nước đến lớn hơn tổng lượng nước dùng). (5) = (3) - (2) khi WQ < Wq (tổng lượng nước đến nhỏ hơn tổng lượng nước dùng). + Cột 6: Tình hình trữ nước. + Cột 7: Lượng nước xả thừa. Từ bảng trên ta xác định được Vh1 = 5,389.106 m3 . b Tính toán dung tích hồ (Vh)khi có kể đến tổn thất. Tổn thất của hồ chứa tính toán ở đây gồm tổn thất do bốc hơi và do thấm. Bằng phương pháp tính đúng dần ta tiến hành lập các bảng tính lấy kết quả của bảng trước làm số liệu để tính bảng sau đến khi dung tích hiệu ích của hồ trong các lần tính tiến gần đến con số ổn định. Nội dung bảng tính gồm có : Tháng (1) VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Bảng:4-2: Tính toán tổn thất trong kho nước Vi Vitb Fh Wb Wt 6 3 6 3 6 2 6 3 10 m 10 m 10 m 10 m 106m3 (2) (3) (4) (5) (6) 0.820 1.157 0.989 0.273 0.015 0.010 1.683 1.420 0.373 0.023 0.014 3.701 2.692 0.496 0.021 0.027 6.209 4.955 0.874 0.028 0.050 6.209 6.209 0.936 0.035 0.062 6.095 6.152 0.934 0.036 0.062 5.711 5.903 0.921 0.029 0.059 4.529 5.120 0.882 0.021 0.051 3.513 4.021 0.809 0.015 0.040 2.506 3.010 0.597 0.009 0.030 1.285 1.896 0.419 0.009 0.019 0.820 1.053 0.292 0.013 0.011 Cộng 0.255 0.434 Wtt 106m3 (7) 0.025 0.038 0.048 0.078 0.097 0.097 0.089 0.073 0.055 0.040 0.028 0.023 0.689 + Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 24 Ngành Công trình + Cột 2: Dung tích kho ở cuối thời đoạn tính toán. + Cột 3: Dung tích kho bình quân của hồ chứa. Vi = (Vc + Vk)/2 + Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng. Tra quan hệ Z~V + Cột 5: Lượng nước tổn thất do bốc hơi, Wbh= ∆Z.Ftb . ∆Z Chiều dày lớp nước bốc hơi mặt hồ. + Cột 6: Lượng nước tổn thất của hồ chứa do thấm Wthấm = 1%.Vtb. + Cột 7: Tổng lượng nước tổn thất Wtt = Wbh + Wth. Tháng (1) VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Cộng Bảng 4-3: Tính dung tích hiệu dụng có kể đến tổn thất Lượng + ∆V ∆V WQ Wq nước Lượng nước xả thừa 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 10 m 10 m 10 m 10 m 10 m 106m3 (2) (3) (4) (5) (6) (7) 0.337 0.025 0.312 0.312 0.615 0.127 0.488 0.801 3.099 1.129 1.970 2.771 3.445 0.538 2.907 5.666 0.012 2.380 1.059 1.321 5.666 1.321 0.151 0.362 0.211 5.454 0.545 1.018 0.473 4.982 0.270 1.452 1.182 3.800 0.232 1.248 1.016 2.784 0.175 1.222 1.047 1.737 0.113 1.362 1.249 0.488 0.228 0.716 0.488 0.000 11.590 10.256 6.999 5.666 1.334 So sánh với Vh khi chưa kể tổn thất nếu sai số quá 5% thì phải tính tiếp lại lần nữa, nếu nhỏ hơn 5% thì ta lấy kết quả tính được. 5,666 − 5,389 = 4,88% < 5%. Vậy thoả mãn. 5,666 ⇒ VBT = Vh + Vc = 5,666 + 0,82 = 6,486 (106 m3). Tra quan hệ Z ~ V ứng với VBT = 6,486(106 m3) ta tra được ZBT = 24,24(m). Vậy ta chọn ZMNDBT = 24,24 (m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 25 Ngành Công trình Bảng 4-4: Kết quả tính toán Vhi 106 m3 5,666 Zc m 14 Vc 106 m3 0,82 Vh 106 m3 6,486 MNDBT m 24,24 4.5 Các phương án công trình nghiên cứu trong đồ án Dựa vào tình hình địa hình địa chất và được sự gợi ý của thầy giáo hướng dẫn đồ án này em chọn các phương án để tính toán như sau : Btr chọn sơ bộ là 35,40,45m. PHẦN II:THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 5.1 Mục đích và phương pháp tính 5.1.1 Mục đích. Nhiệm vụ cơ bản của điều tiết dòng chảy là nâng cao lưu lượng mùa kiệt và hạ thấp lưu lượng mùa lũ. Điều tiết năm và nhiều năm chủ yếu là nghiên cứu cách nâng cao lưu lượng mùa kiệt hoặc lưu lượng năm ít nước, còn điều tiết dòng chảy lũ là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng mùa lũ, lưu lượng đỉnh lũ lớn. Mục tiêu của việc nghiên cứu điều tiết lũ của hồ chứa là thông qua việc tính toán, tìm ra dung tích phòng lũ cần thiết của hồ chứa, phương thức trữ nước và tháo nước thích hợp, từ đó giảm bớt kích thước công trình tháo lũ và thoả mãn cột nước hạn chế lúc tháo lũ (cột nước thấp nhất yêu cầu lúc vận hành nhà máy thuỷ điện). Thường người ta phải căn cứ vào năng lượng thoát lũ của sông và mực nước hạn chế của phòng lũ để xác định phương thức tháo lũ cho hồ chứa, dung tích phòng lũ và kích thước của công trình tháo lũ. Như vậy để có cơ sở cho việc tính toán điều tiết lũ của hồ chứa, trước hết ta cần xác định tiêu chuẩn phòng lũ, phân tích về lũ thiết kế, lưu lượng tháo an toàn đối với hạ lưu và mực nước khống chế. 5.1.2. Nguyên lý và phương pháp tính toán: 5.1.2.1. Nguyên tắc tính toán Dựa trên nguyên lý cân bằng nước giữa lượng nước đến và lượng nước xả qua công trình xả: Q.dt – q.dt = F.dh Trong đó: - Q là lưu lượng nước đến kho nước - q là lưu lượng nước ra khỏi kho nước SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 26 Ngành Công trình + F: Diện tích mặt thoáng của kho nước + dt: Khoảng thời gian vô cùng nhỏ + dh: Vi phân của cột nước trên công trình xả Nếu ta thay F.dh = dv thì ta được phương trình Q.dt – q.dt = dv (5.1) Và nếu ta thay tiếp dt bằng khoảng thời gian đủ lớn ∆t = t2- t1, ở đây t1 và t2 là thời điểm đầu và thời điểm cuối của khoảng thời gian tính toán, thì ta có thể đưa phương trình (5.1) về dạng sai phân sau đây:  Q1 + Q 2   q1 + q 2  ÷∆t −  2    2 Ở đây:  ÷∆t = V2 − V1  (5.2) + Q1, Q2: là lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính to + q1, q2: là lưu lượng xả tương ứng + V1, V2: là lượng nước có ở trong kho đầu và cuối thời đoạn ∆t Với mục đích là tìm đường quá trình xả lũ q ∼ t thì phương trình (5.2) chưa thể giải trực tiếp được vì có hai số hạng chưa biết là q 2 và V2. Vì vậy chúng ta cần có một phương trình nữa đó chính là phương trình thuỷ lực của công trình xả lũ với dạng tổng quát: q = f (Zt, Zh, C) (5.3) + Zt: mực nước thượng lưu công trình xả lũ. + Zh: mực nước hạ lưu công trình xả lũ. + C : tham số biểu thị công trình. Ở đây ta chọn phương pháp Potapop để tính toán. 5.1.2.2. Phương pháp Potapop: Phương pháp này dựa trên cơ sở phương trình (5.2) và (5.3) để tính toán Đưa phương trình (4.2) về dạng sau:  V2   V1   + 0,5q 2 ÷ = 0,5 ( Q1 + Q 2 ) +  − 0,5q1 ÷  ∆t   ∆t  SVTH: Nguyễn Ngọc Hải (5.4) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 27 Ngành Công trình Như vậy với bất kỳ thời đoạn ∆t nào thì vế phải đều đã biết và ta có:  V q q = f2  + ÷  ∆t 2   V q q = f1  − ÷;  ∆t 2  (5.5) Hai quan hệ này gọi là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ; thay vào phương trình (5.4) ta có: f 2 = f1 + Q (5.6) Các bước tính toán: - Xây dựng biểu đồ phụ trợ : + Lựa chọn bước thời gian tính toán ∆t , sau đó giả thiết nhiều trị số mực nước trong kho để tính lưu lượng xả tương ứng. + Dựa vào quan hệ Z~V, ứng với các mực nước giả thiết ở trên tìm ra dung tích kho tương ứng là Vk và từ đó tìm được V = Vk – Vpl. + Tính các giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q vừa tính ở trên, vẽ thành biểu đồ. - Sử dụng biểu đồ để tính toán điều tiết + Với mỗi thời đoạn ∆t , ta tính Q = 0, 5 ( Q1 + Q2 ) + Từ giá trị q1, tra trên biểu đồ được giá trị f1 và tính được f2 = f1 + Q + Từ f2 tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2. Đó chính là giá trị lưu lượng xả tại cuối thời đoạn ∆t q (m /s) f1 f2 q2 q1 Q f 1, f 2 - Lặp lại các bước trên cho các thời đoạn tiếp theo cho đến khi kết thúc. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 28 Ngành Công trình 5.2 Tính toán và kết quả theo các phương án Btr khác nhau Tính toán điều tiết lũ cho hồ chứa nước Tân Thành Đối với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do: qx = ε.m.B 2.g .Htr3/2 (5.7) Trong đó: + + + + + Qx: Lưu lượng xả qua tràn (m3/s) m:Hệ số lưu lượng, với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do (chọn m= 0,36) H: Cột nước trên ngưỡng tràn (m) B: Chiều rộng tràn nước (m) ε: Hệ số co hẹp bên, chọn ε= 1,0 Các bước tính toán biểu đồ phụ trợ : - Cột 1 : Số thứ tự - Cột 2 : Các trị số mực nước giả thiết ở trong kho từ MNDBT - Cột 3 : h = cột (2) - Z ng - Cột 4 : qx = ε.m.B 2.g .Htr3/2 - Cột 5 : Dung tích kho được xác định từ quan hệ Z ~ V ứng với cột (2) - Cột 6 : Dung tích kho phần điều tiết lũ, V = cột(5) - V( MNDBT ) - Cột 9, 10: f1 = q V − , ∆t 2 f2 = q V + ∆t 2 Các bước tính toán điều tiết lũ : - Cột 1 : Số thứ tự - Cột 2 : Thời gian lũ ∆t = 0,5 h - Cột 3 : Lưu lượng lũ đến - Cột 4 : Lưu lượng lũ trung bình thời đoạn - Cột 5 : Xác định từ biểu đồ phụ trợ - Cột 6 : Tra trên biểu đồ từ qxả ở cột 5 - Cột 7 : f 2 = Q tb + f1 - Cột 8 :  q max   Htràn =   mεB 2g  t   2 3 - Cột 9 : Zsc = Zngưỡng + Htràn. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 29 Ngành Công trình - Cột 10 : Tra quan hệ Z~V Bảng 5-1: Tính quan hệ phụ trợ với phương án Btr=35m ΤΤ Z H q Vk V V/∆t q/2 (m) (m) (m3/s) (m3) (m3) (m3/s) (m3/s) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1 24.24 0.000 0.000 6486000.0 0.0 2 24.44 0.200 4.992 6687428.6 3 24.64 0.400 14.119 4 24.84 0.600 5 25.04 6 f1(q) f2(q) (8) (9) (10) 0.000 0.000 0.00 0.00 201428.6 111.905 2.496 109.41 114.40 6724571.4 238571.4 132.540 7.060 125.48 139.60 25.939 6761714.3 275714.3 153.175 12.969 140.21 166.14 0.800 39.935 6798857.1 312857.1 173.810 19.968 153.84 193.78 25.24 1.000 55.811 6836000.0 350000.0 194.444 27.906 166.54 222.35 7 25.44 1.200 73.366 6873142.9 387142.9 215.079 36.683 178.40 251.76 8 25.64 1.400 92.451 6910285.7 424285.7 235.714 46.226 189.49 281.94 9 25.84 1.600 112.954 6947428.6 461428.6 256.349 56.477 199.87 312.83 10 26.04 1.800 134.781 6984571.4 498571.4 276.984 67.391 209.59 344.37 11 26.24 2.000 157.857 7021714.3 535714.3 297.619 78.929 218.69 376.55 12 26.44 2.200 182.119 7058857.1 572857.1 318.254 91.059 227.19 409.31 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 26.64 26.84 27.04 27.24 27.44 27.64 27.84 28.04 28.24 28.44 2.400 2.600 2.800 3.000 3.200 3.400 3.600 3.800 4.000 4.200 7226947.4 7451157.9 7675368.4 7899578.9 8123789.5 8348000.0 8572210.5 8796421.1 9020631.6 9257777.8 740947.4 965157.9 1189368.4 1413578.9 1637789.5 1862000.0 2086210.5 2310421.1 2534631.6 2771777.8 411.637 536.199 660.760 785.322 909.883 1034.444 1159.006 1283.567 1408.129 1539.877 515.39 653.19 791.51 930.32 1069.62 1209.39 1349.62 1490.28 1631.37 1780.07 28.64 4.400 9546666.7 1700.370 28.84 29.04 29.24 29.44 4.600 4.800 5.000 5.200 9835555.6 10124444.4 10413333.3 10702222.2 1860.864 2021.358 2181.852 2342.346 275.313 293.462 311.993 330.899 1442.82 1585.5 5 1727.90 1869.86 2011.45 1957.92 24 25 26 27 28 29 30 29.64 29.84 30.04 5.400 5.600 5.800 700.343 739.609 779.582 10991111.1 11280000.0 11568888.9 3060666.7 3349555. 6 3638444.4 3927333.3 4216222.2 4505111. 1 4794000.0 5082888.9 103.754 116.990 130.746 145.001 159.740 174.948 190.609 206.712 223.244 240.195 257.55 4 307.88 419.21 530.01 640.32 750.14 859.50 968.40 1076.86 1184.88 1299.68 23 207.509 233.981 261.491 290.003 319.481 349.896 381.218 413.424 446.488 480.390 515.10 9 550.62 6 586.924 623.986 661.797 2502.840 2663.333 2823.827 350.171 369.804 389.791 2152.67 2293.53 2434.04 2853.01 3033.14 3213.62 2136.18 2314.82 2493.85 2673.24 Biểu đồ 5-1:quan hệ phụ trợ với Btr=35 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 30 Ngành Công trình Bảng 5-2:Kết quả tính toán điều tiết lũ P = 0.2%, B = 35 T Q TT (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (h) (2) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 11 5.00 12 13 14 15 16 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 (m3/s) (3) 0.00 92.30 169.75 245.76 343.14 385.43 439.71 538.00 484.86 461.13 414.5 9 363.5 5 325.18 289.14 253.22 210.52 17 18 19 20 21 22 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 10.50 180.61 148.57 120.23 77.82 43.27 0.00 Qtb (m3/s ) (4) 0.00 46.15 131.03 207.76 294.45 364.29 412.57 488.86 511.43 473.00 q1 f1 f2 H Z V (m3/s) (5) 0.00 2.01 30.51 140.54 205.34 236.38 271.75 317.14 359.60 385.02 (m3/s) (6) 0.00 44.14 144.66 211.87 300.98 428.88 569.70 741.42 893.25 981.22 (m) (8) 0.00 0.11 0.67 1.85 2.38 2.62 2.87 3.18 3.46 3.62 (m) (9) 24.24 24.35 24.91 26.09 26.62 26.86 27.11 27.42 27.70 27.86 103m3 (10) 6486.00 6618.01 6775.80 7000.42 7231.12 7506.70 7808.93 8175.27 8503.56 8700.56 437.86 397.12 1021.95 (m3/s) (7) 46.15 175.16 352.41 506.32 665.26 841.45 1058.56 1252.85 1366.24 1419.08 1411.0 2 3.70 27.94 8797.80 389.07 344.37 307.16 271.18 231.87 195.5 7 164.59 134.40 99.03 60.55 21.64 395.28 383.62 366.48 345.32 320.63 1015.75 976.49 917.17 843.03 754.27 1360.11 1283.65 1188.35 1074.90 949.84 3.69 3.62 3.51 3.37 3.21 27.93 27.86 27.75 27.61 27.45 8796.19 8723.87 8606.80 8457.71 8276.47 294.13 267.40 240.76 213.30 169.89 69.06 655.70 552.89 446.53 332.25 222.91 175.49 820.29 687.29 545.55 392.79 244.54 175.49 3.03 2.84 2.65 2.44 2.10 1.15 27.27 27.08 26.89 26.68 26.34 25.39 8074.17 7862.68 7643.87 7409.35 7133.84 6937.35 Biểu đồ5-2: quan hệ Q,q~t với B = 35m,P = 0.2% SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 31 Ngành Công trình Bảng 5-3: Kết quả tính toán điều tiết lũ P = 1%, B = 35 T Q TT (1) 1 2 3 (h) (2) 0.00 0.50 1.00 (m3/s) (3) 0.00 62.30 124.57 4 5 6 7 8 9 10 11 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 12 13 14 15 16 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 17 18 19 20 21 22 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 10.50 186.86 249.14 311.43 337.70 436.00 404.86 373.71 342.57 311.4 2 280.28 249.14 218.00 186.86 155.7 1 124.57 93.49 62.28 31.14 0.00 Qtb (m3/s ) (4) 0.00 31.15 93.44 155.7 2 218.00 280.29 324.57 386.85 420.43 389.29 358.14 q1 f1 f2 H Z V (m3/s) (5) 0.00 1.36 8.19 (m3/s) (6) 0.00 29.79 115.04 (m3/s) (7) 31.15 123.23 270.75 (m) (8) 0.00 0.08 0.28 (m) (9) 24.24 24.32 24.52 103m3 (10) 6486.00 6587.14 6701.95 85.38 177.72 205.25 228.61 259.90 292.90 313.30 322.88 185.38 225.65 300.69 396.64 523.60 651.12 727.11 762.37 1.33 2.16 2.38 2.56 2.79 3.02 3.16 3.22 25.57 26.40 26.62 26.80 27.03 27.26 27.40 27.46 6896.84 7052.26 7207.35 7406.42 7662.60 7921.96 8077.36 8149.20 327.00 295.85 264.71 233.57 202.43 323.78 317.75 306.52 291.09 272.85 765.59 743.69 701.87 644.36 573.94 403.38 505.94 625.26 783.49 944.03 1040.41 1085.25 1089.36 1061.4 4 1008.40 935.44 846.79 745.23 3.23 3.19 3.11 3.01 2.88 27.47 27.43 27.35 27.25 27.12 8155.87 8110.81 8026.13 7907.95 7765.59 171.29 140.14 109.03 77.89 46.71 15.57 252.29 230.12 206.70 162.77 83.08 43.18 492.94 402.96 305.30 220.41 184.04 156.44 633.08 511.99 383.18 267.12 199.61 156.44 2.73 2.57 2.39 2.04 1.30 0.84 26.97 26.81 26.63 26.28 25.54 25.08 7601.27 7418.99 7219.91 7029.38 6892.40 6806.79 Biểu đồ 5-34: quan hệ Q,q~t với B = 35m,P = 1% SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 32 Ngành Công trình Tiến hành tính toán cho các trường hợp lũ thiết kế và kiểm tra với các giá trị B tràn = 40,45m . Tính toán tương tự với Kết ghi ở Bảng: 5-4, 5-5, 5-6, 5-7, 5-8, 5-9 phụ lục Bảng 5-10: Kết quả điều tiết lũ cho trường hợp P = 0,2%, P= 1% P 0.20% 1% B(m) 35m 40m 45m 35m 40m 45m Z(m) 27.94 27.71 27.5 27.47 27.25 27.09 H(m) 3.7 3.47 3.26 3.23 3.01 2.85 Vsc(103m3) 8797.8 8422.25 8422.25 8155.87 7914.72 7727.7 qxảmax(m3/s) 397.12 411.62 422.8 323.78 333.67 344.65 CHƯƠNG VI : XÁCĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT 6.1. Tính toán lựa chọn hình thức đập đất 6.1.1. Mục đích . Đập là một hạng mục công trình quan trọng nhất trong cụm công trình đầu mối , nó chiếm khối lưọng lớn vốn đầu tư . Kích thước cũng như cao trình đỉnh đập có ảnh hưởng rất lớn tới sự an toàn và giá thành của hệ thống công trình . Khi xác định cao trình đỉnh đập cần đảm bảo cho nước không tràn qua đỉnh đập, và an toàn của công trình trong mọi trường hợp . Nhưng đồng thời cần tính toán để cao trình đỉnh đập không quá cao để tránh gây lãng phí . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 33 Ngành Công trình Do vậy cần xác định một cao trình đỉnh đập thoả mãn yêu cầu về kinh tế và kĩ thuật . 6.1.2 Vị trí đập và hình thức đập Qua phần phân tích chọn tuyến công trình ta đã xác định được tuyến đập được xác định trên bình đồ. Thông qua các tài liệu khảo sát về điều kiện địa hình địa mạo, địa chất khu vực xây dựng công trình, vật liệu địa phương, khu vực thi công và các điều kiện kinh tế khác thì thấy trữ lượng vật liệu đất là đủ điều kiện để xây dựng đập chính ngăn sông bằng vật liệu đất đồng chất. Vậy ta chọn phương án xây dựng đập đất đồng chất là hợp lý vì lọai đập này có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, tận dụng được vật liệu địa phương. 6.1.3 Các số liệu tính toán -Mực nước dâng bình thường MNDBT = 24,24(m). -Mực nước dâng gia cường MNLTK ứng với 3 phương án Btr là: +Với Btr = 35(m) tính toán được MNLTK = 27,47 (m). +Với Btr = 40(m) tính toán được MNLTK = 27,25(m). +Với Btr = 45(m) tính toán được MNLTK = 27,09(m). -Cấp công trình được xác định ở trên là công trình cấp III nên tốc độ gió tính toán được theo tần suất tương ứng theo 14TCN 157-2005 ta có: +Hướng gió tính toán theo tài liệu thuỷ văn cung cấp ta có: Vận tốc gió: V=39 (m/s) ứng với tần suất P = 4%. V = 32 (m/s) ứng với tần suất P = 50%. - Đà gió: Ứng với mực nước dâng bình thường: D = 1,35(km) = 1350(m) Ứng với mực nước lũ thiết kế: D = 1,58 (km) = 1580 (m) - Góc kẹp giữa hướng gió với trục đập α = 0o -Thời gian gió thổi liên tục t = 6(h) = 6.3600 (s) 6.2 Thiết kế mặt cắt cơ bản của đập đất 6.2.1 Cao trình đỉnh đập Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất khi có lũ thiết kế và lũ kiểm tra) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập quy định theo cấp công trình SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 34 Ngành Công trình Cao trình đỉnh đập được xác định theo 2 trường hợp: -Mực nước trong hồ ứng với MNLTK có xét tới chiều cao sóng leo và nước dềnh do gió bình quân lớn nhất nhiều năm. -Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán. • Xác định theo MNDBT: ∇ đ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (6-1) • Xác định theo MNLTK: ∇ đ2 = MNLTK+ ∆h’ + hsl’ + a’ (6-2) • Xác định theo MNLKT: ∇ đ3 = MNLKT + a” Trong đó: - MNDBT: mực nước dâng bình thường trong hồ chứa - MNLTK: mực nước lũ thiết kế (P = 0,2%) - ∆h, ∆h’: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. - hsl; hsl': Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT và MNLTK. - a, a’,a”: độ vượt cao an toàn, tra quy phạm đập đất 14TCN – 157/2005 ta có ; + Với MNDBT a = 0,7 m + Với MNLTK a' = 0,5 m + Với MNLKT a” = 0,2m Cao trình đỉnh đập được lấy tương ứng với trường hợp bất lợi nhất trong 3 trường hợp tính toán nói trên. 6.2.1.1 Xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT * Xác định ∆h Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất 14TCN 157-2005 thì chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau: ∆h = 2.10 −6 V 2D cos α s gH (6-3) Trong đó: - V: vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 39(m/s) - D: đà sóng ứng với MNDBT D = 24,24(m) - g: gia tốc trọng trường g = 9,81(m/s2) - H: chiều sâu nước trước đập SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 35 Ngành Công trình H = MNDBT - ∇ đáy đập = 24,24 – 4 = 20,24(m) - αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, ta tính cho trường hợp bất lợi nhất chọn αs = 00 ⇒cosαs =1 ⇒ ∆h = 2.10 −6 39 2.1350 .1 = 0,021 (m) 9,81.20,24 * Xác định hsl Theo quy phạm thủy lợi C-1-78 thì chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau: Hsl = K1 . K2 . K3 . K4 . Kα . hs1% (6-6) Trong đó: - hs1%: chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1% - K1, K2, K3, K4, Kα: các hệ số + Xác định chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% được xác định theo QPTL C-1-78 như sau: λ 2 -Giả thiết sóng trong trường hợp này là sóng nước sâu (H = 20,24m > ) -Tính các đại lượng không thứ nguyên gt gD và 2 V V Trong đó: V: vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 39m/s D: đà gió ứng với MNDBT D = 1350m g: gia tốc trọng trường g = 9,81m/s2 t: thời gian gió thổi liên tục t = 6(h) = 6.3600 (s) = 21600(s)  gt 9,81.21600 = 5433,23  V = 39 ⇒  gD = 9,81.1350 = 8,71  V 2 39 2 Tra trên đường cong bao phía trên đồ thị hình 35(QPTLC-1-78) ứng với một giá trị không thứ nguyên ta xác định được các cặp đại lượng không thứ nguyên  gτ  V = 3,6 gt Ứng với = 5433,23 ⇒  V  g h = 0,066  V 2 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 36 Ngành Công trình  gτ  V = 0,77 gD Ứng với 2 = 8,71 ⇒  V  g h = 0,0055  V 2 Trong hai cặp đại lượng không thứ nguyên trên chọn cặp có giá trị nhỏ nhất để tính. Do vậy ta chọn cặp đại lượng không thứ nguyên thứ 2 để tính gτ 0,77.V 0,77.39 = 0,77 ⇒ τ = = = 3,061(s) V g 9,81 gh 0,0055.V 2 0,0055.39 2 = 0 , 0055 ⇒ h = = = 0,85(m) g 9,81 V2 Tính bước sóng trung bình được xác định theo công thức: λ= g τ 2 9,81.3,0612 = = 14,626(m) 2π 2.3,14 Kiểm tra lại điều kiện giả thiết trên H = 20,24 > λ = 7,313(m) thỏa mãn 2 Tính chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%: hs1% = K1%. h Trong đó: h : chiều cao sóng trung bình h = 0,85(m) K1%: hệ số tra ở đồ thị hình 36(QPTLC-1-78) phụ thuộc vào giá trị gD = 8,71 được V2 K1% = 2,04 ⇒ hs1% = 2,04.0,85= 1,734 (m) +Xác định các hệ số trong công thức (6-6) - K1, K2: hệ số phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái - ∆ hs1% , tra ở QPTL C-1-78 ta được K1 = 1, K2 = 0,9 K3: hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái nghiêng m, tra QPTL C-1-78, sơ bộ chọn hệ số mái m = 3-5, vận tốc gió V = 39m/s > 20m/s ta được K3 = 1,5 - Hệ số K4 tra ở đồ thị hình 10 (trang 15) QPTL C-1-78, phụ thuộc vào trị số mái và trị số λ với: hs1% λ 14, 626 = = 8, 435 ,H > 2.hs1% Tra đồ thị 10 a trang 15 QPTL C-1-78 ⇒ K4 = 1,3 hs1% 1, 734 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư - Trang 37 Ngành Công trình Kα: hệ số phụ thuộc vào góc α giữa hướng gió và pháp tuyến với trục đậpKα = 1 Thay các kết quả vào công thức (6-4) ta được hsl = 1.0,9.1,5.1,3.1,734 = 2,435 (m) Thay các kết quả vừa tính được vào công thức (6-1) để xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT: ⇒ ∇ đ1 = 24,24 + 0,021 + 2,435+ 0,7 = 28 (m). 6.2.1.2 Xác định cao trình đỉnh đập theo MNLTK Cách tính toán tương tự như trên nhưng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất V = 32m/s, đà sóng D = 1580m, độ vượt cao an tòan a’ = 0,5m. Bảng 6-1: Bảng xác định cao trình đỉnh đập ứng với các phương án Btr Các thông số Các trường hợp tính tóan Đơn vị Theo Theo MNLTK MNDBT Btr Zmn Zđáy H D V α ∆h gt/V gD/V2 g h /V2 g τ /V m m m m m m/s (o) m h τ λ 0,5. λ K1% hs1% K1 K2 m s m m m SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 24,24 4 20,24 1350 39 0 0,021 5433,23 8,71 0,0055 35 27,47 4 23,47 1580 32 0 0,0141 6621,75 15,14 0.0072 40 27,25 4 23,25 1580 32 0 0,0142 6621,75 15,14 0,0072 45 27,09 4 23,09 1580 32 0 0,0143 6621,75 15,14 0,0072 0.77 0,85 3,061 14,626 7,313 2,04 1,734 0,9 0,8 0,89 0,75 2,903 13,164 6,582 2,04 1,53 0,9 0,8 0,89 0,75 2,903 13,164 6,582 2,04 1,53 0,9 0,8 0,89 0,75 2,903 13,164 6,582 2,04 1,53 0,9 0,8 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư K3 Kα λ / hs1% K4 hsl1% a Zđđ Trang 38 1,5 1 8,435 1,3 2,435 0,7 27,40 m m m Ngành Công trình 1,5 1 8,604 1,45 2,396 0,5 30,38 1,5 1 8,604 1,45 2,396 0,5 30,16 1,5 1 8,604 1,45 2,396 0,5 30,0 6.2.1.3 Xác định cao trình đỉnh đập theo MNLKT + Với Btr = 35m => ∇ đ3 = 27,94 + 0,2 = 28,14 + Với Btr = 40m => ∇ đ3 = 27,71 + 0,2 = 27,91 +Với Btr = 45m => ∇ đ3 = 27,5 + 0,2 = 27,7 Vậy cao trình đỉnh đập ứng với 3 phương án B tr = Max( ∇ đ1, ∇ đ2, ∇ đ3) ta có bảng thống kê sau: Bảng 6-1: Bảng thống kê cao trình đỉnh đập Btr(m) 35 40 45 Zđđ(m) 30,38 30,16 30,0 6.2.2. Chiều rộng đỉnh đập Chiều rộng đỉnh đập được xác định phụ thuộc vào yêu cầu về giao thông, quốc phòng, cấu tạo, điều kiện thi công. Ở đây không có yêu cầu về giao thông và quốc phòng nên ta chọn theo 2 điều kiện cấu tạo và thi công. Vậy ta chọn chiều rộng đỉnh đập B = 6m. Đỉnh đập làm dốc về hai phía với độ dốc mỗi phía là: i = 0,01. i=3% i=3% Hình 6-1 : Cấu tạo chi tiết đỉnh đập. 6.2.3 Mái và cơ đập 6.2.3.1 Mái đập SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 39 Ngành Công trình Phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố trong đó có những yếu tố cơ bản là: Đặc tính của vật liệu đắp đập, loại đập, chiều cao đập, các loại lực tác dụng lên mái dốc, điều kiện thi công và khai thác, tính chất cơ lý của đất nền, điều kiện kinh tế … - Theo tài liệu ĐAMHTC có thể sơ bộ xác định hệ số mái dốc đập theo công thức kinh nghiệm : m1 = 0,05.H + 2 m2 = 0,05.H + 1,5 Trong đó: H Chiều cao đập, với chiều cao đập như đã thiết kế ở phần trên tính đến đáy đập kể cả lớp bóc bỏ ở lòng suối là: hbóc = 0,5m. ⇒ Zđáy = 3,5 + 0,5 = 4 (m). Sơ bộ chọn hệ số mái như sau: + Mái thượng lưu - Trên cơ :mtl1 = 3,5 - Dưới cơ: mtl2 = 4 + Mái hạ lưu - Trên cơ : mhl1 = 3 - Dưới cơ : mhl2 = 3,5 6.2.3.2 Về cơ đập: Theo tài liệu hướng dẫn đồ án môn học thủy công, khi đập cao trên 10m nên bố trí cơ ở mái. Cơ thượng lưu đặt ở cao trình +14,38, rộng 3 m để đảm bảo cho thi công cơ giới.Cơ hạ lưu đặt ở cao trình 16,38, rộng 3 m. Kết quả này được kiểm tra lại ở phần tính toán ổn định mái đập. 6.2.4 Bảo vệ mái dốc thượng, hạ lưu 6.2.4.1 Mái dốc thượng lưu Trong quá trình làm việc của đập đất thì mái dốc thượng lưu là nơi chịu tác dụng của nhiều lực phức tạp khác nhau đặc biệt là áp lực sóng, áp lực thấm thủy động khi mực nước hồ rút nhanh…Nên cần phải gia cố cẩn thận để đề phòng sự phá hoại của các lực này.Có nhiều dải pháp công trình để bảo vệ mái dốc thượng lưu nhưng ở đây để chống hiện tượng sạt lở mái do sóng gió gây ra nên với chiều cao sóng tương đối lớn (ứng với MNDBT hs1%) ta sử dụng biện pháp bảo vệ mái bằng tấm bê tông cốt thép mác 200 (150x150x10)cm để lát. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 40 Ngành Công trình Để bảo đảm được sự nối tiếp giữa đá lát và thân đập, đồng thời có thể đề phòng hiệp tượng xói ngầm trong thân đập ta bố trí dưới có tầng lọc ngược. Tầng lọc ngược gồm đá dăm (0,5x1) dày 15cm, cát hạt thô dày 10cm. Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu kể từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết (MNC) một khoảng bằng 1,5 chiều cao sóng ( theo GTTC tập 1). Vậy cao trình giới hạn bảo vệ mái thượng lưu là: Z = ZMNC - 1,5.hsl1% 6.2.4.2 Mái dốc hạ lưu Bảo vệ mái dốc hạ lưu có tác dụng nhằm chống lại sự phá hoại của gió mưa, động vật đào hang ... làm xói mòn , hư hỏng mái đập . Ta chọn hình thức bảo vệ mái hạ lưu là trồng cỏ, trước khi trồng ta phủ một lớp đất màu dày 10cm. Trên mái đập trồng cỏ để đề phòng hiện tượng mưa có thể gây xói lở lớp gia cố nhất là phần dưới thấp của mái dốc ta bố trí hệ thống thoát nước (20×20) là các rãnh nhỏ chéo nhau, nghiêng với trục đập một góc 45 0 tạo thành các ô, trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa và tránh xói mòn. Nước từ những rãnh nghiêng này đổ vào rãnh ngang trên cơ đập dốc về hai bên bờ để nối với mương dọc, dẫn nước về hạ lưu. 707 50 0 707 50 0 Hình 6-2 : Bảo vệ mái hạ lưu. 6.2.5 Thiết bị thoát nước đập 6.2.5.1 Mục đích SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 41 Ngành Công trình Do sự chênh lệch mực nước thượng lưu và hạ lưu đập nên trong đập xuất hiện dòng thấm. Các dòng thấm này nếu mạnh sẽ gây những hiện tượng bất lợi cho đập như trôi đất, xói mòn, sạt lỡ mái đập và có khả năng gâp phá hủy đập. Do vậy ta phải có các biện pháp làm giảm áp lực thấm bằng cách lắp đặt thiết bị thoát nước nhằm đưa dòng thấm thoát ra hạ lưu dễ dàng và an toàn, đồng thời hạ thấp đường bão hoà tăng ổn định chống xói ngầm và trượt mái. 6.2.5.2 Hình thức, cấu tạo thiết bị thoát nước Hình thức và thiết bị thoát nước phụ thuộc vào loại đập, điều kiện địa chất, mực nước hạ lưu và nguyên vật liệu tại chỗ. Trong trường hợp này ta chọn hình thức vật thoát nước kiểu lăng trụ cho phần lòng sông kết hợp với kiểu thoát nước áp mái cho sườn đập. Trên cơ sở tính toán điều tiết hồ bố trí tuyến đập và tuyến tràn. Tuyến tràn xả lũ bố trí vai tả đập xả xuống khe Tân Thành sau đập. Do đó mực nước hạ lưu đập hoàn toàn phụ thuộc vào mức xã của tràn xả lũ ở đầu đập.Tra quan hệ (Q ~ Z) cho mặt cắt lòng suối Tân Thành, chọn mặt cắt đại diện lòng suối Tân Thành cách cửa ra tràn xả lũ đổ vào khe Tân Thành 100m về hạ lưu. Ta có: Qxã max 1% ⇒ MNHL = 8,0m. Mái trong m = 1,5 Mái ngoài m = 2.0 Cao trình đỉnh đống đá: Zlt = Zhlmax + a Trong đó: Zhlmax: mực nước lớn nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, Zhlmax = 8,0m; a: độ cao an toàn, theo 14 TCN 157-2005, chọn a = 1,25 m Zhl = 8,0+ 1,25 = 9,25m - Chiều rộng đỉnh lăng trụ (B lt) xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý (quan trắc, kiểm tra). Chọn Blt = 2m. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 42 Ngành Công trình 200 §Êt ®¾p ®Ëp : γk = 1,32 Τ/m Hình 6-3: Cấu tạo chi tiết lăng trụ thoát nước CHƯƠNG VII : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ. 7.1 Bố trí chung. 7.1.1. Vị trí : Căn cứ vào bản đồ địa hình và bình đồ vị trí xây dựng công trình ta chọn vị trí tuyến tràn đặt tại đầu đập phía bờ phải, tuyến tràn vuông góc với trục đập, ngưỡng tràn 7.1.2. Hình thức - quy mô công trình 7.1.2.1. Hình thức công trình: Do địa chất nền tuyến tràn là nền đất, tương đối thoải về phía hạ lưu nên ta chọn hình thức tràn ở đây là tràn đỉnh rộng tiết diện chữ nhật nối tiếp sau tràn là dốc nước. Tiêu năng cuối dốc là bể và kênh tháo đưa nước xuống lòng sông tự nhiên. 7.1.2.2. Quy mô công trình: Bề rộng tràn là Btr = 35,40,45m. Trong phần thiết kế sơ bộ tính toán tràn không có trụ pin. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 43 Ngành Công trình * Tường hướng dòng: Dùng để nối tiếp với ngưỡng tràn, hướng nước chảy vào ngưỡng được thuận dòng, bảo vệ mái đất ở hai bên .Tường cánh có các thông số sau: - Cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập sau đó giảm dần theo mái dốc thượng lưu - Góc mở của tường α =18o -Tường là kiểu tường cánh nghiêng bằng bê tông M200 * Ngưỡng tràn: Hình thức ngưỡng là tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết, có mặt cắt hình chữ nhật được xác định như sau: - Bề rộng toàn bộ ngưỡng tràn Btr = 35,40,45m - Chiều dài ngưỡng tràn chọn theo điều kiện tràn đỉnh rộng. Theo điều 3-1 QP C8-76 (trang 3) thì chiều dài ngưỡng tràn δ được xác định: (2÷3)H ≤ δ ≤ (8÷10)H Trong đó: + H: Cột nước trên ngưỡng tràn + δ: Chiều dài ngưỡng tràn, ta chọn δ =15 m * Dốc nước: - Cao trình đầu dốc nước : + 24,24 m. - Bề rộng đầu đoạn thu hẹp Bđ = Btr(m). - Bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bc = 25,30,35 (m) ứng với các Btr - Độ dốc đáy đoạn thu hẹp i = 12 %. - Chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 30 (m). - Bề rộng đoạn không đổi B = Bc (m). - Độ dốc đáy đoạn không đổi i = 12 %. - Chiều dài đoạn không đổi Ld = 70(m). 7.2. Tính toán thuỷ lực tràn xả lũ Tính toán thuỷ lực tràn xả lũ nhằm xác định chiều sâu cột nước trong dốc nước, từ đó xác định được các cao trình đỉnh tường bên dốc nước, lưu lượng cuối dốc nước và điều kiện thuỷ lực của dòng nước. 7.2.1.Tính toán thuỷ lực dốc nước . 7.2.2.1.Tính các thông số thuỷ lực: SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 44 Ngành Công trình a. Độ sâu dòng chảy đều: Sử dụng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực : f(R ln ) = Tính 4.m o i Q Trong đó : m0 = 2 1 + m 2 − m (m=0) i - độ dốc Tra phụ lục 8-1 (Các bảng tính thuỷ lực) với f(R ln ) và n => ta được Rln Lập tỷ số b R ln Với m = 0 phụ lục 8-3 ta được => ho = h R ln h .R = hh R ln ln Độ sâu dòng chảy đều ta được kết quả độ sâu dòng chảy đều ứng với lưu lượng như sau: Bảng 7 -1: Độ sâu dòng đều h0 ở đầu đoạn thu hẹp: Bd (m) 35 40 45 Qtràn(m3/s) f(Rln) 323.78 333.67 344.65 0.0086 0.0083 0.0080 Rln (m) 1.293 1.308 1.324 B/Rln h/Rln h0 (m) 27.07 30.58 33.99 0.4872 0.4511 0.4230 0.63 0.59 0.56 Bảng 7 -2: Độ sâu dòng đều h0 ở đoạn sau thu hẹp của dốc nước: Bd Qtràn(m3/s) f(Rln) (m) 25 323.78 0.0086 30 333.67 0.0083 35 344.65 0.0080 b. Độ sâu phân giới hk: Rln (m) 1.293 1.308 1.324 B/Rln h/Rln h0 (m) 19.33 22.94 26.44 0.0312 0.0237 0.0189 0.78 0.71 0.66 Với dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật, độ sâu phân giới được xác định theo công thức: SVTH: Nguyễn Ngọc Hải hk = 3 α .q 2 . g Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trong đó: Trang 45 Ngành Công trình + q: lưu lượng đơn vị chảy qua dốc nước q = Q/Bd. + α : hệ số sửa chữa động năng , chọn α = 1. + g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. Áp dụng công thức trên với các lưu lượng khác nhau ta được kết quả tính độ sâu phân giới như sau: Bảng 7 -3: Độ sâu phân giới đầu đoạn thu hẹp: Bd (m) 35 40 45 Qtràn(m3/s) 323.78 333.67 344.65 q (m /s.m) 9.251 8.342 7.659 3 hk (m) 2.059 1.921 1.815 Bảng 7-4: Độ sâu phân giới sau đoạn thu hẹp Bd (m) 25 30 35 Qtràn(m3/s) 323.78 333.67 344.65 q (m /s.m) 12.951 11.122 9.847 3 hk (m) 2.576 2.328 2.146 c. Độ dốc phân giới: Độ dốc phân giới được xác địh theo công thức: Trong đó : Q2 ik = (ω K .C K . R K ) 2 + Q: lưu lượng chảy qua dốc nước. + ω K = B d . hk . + RK = ωK . 2.hK + Bd + CK = 1 1/ 6 .RK n ( với n = 0,017 ). Kết quả tính toán độ dốc phân giới được ghi ở bảng sau: Bảng 7-5: Độ dốc phân giới ở đầu đoạn thu hẹp: Bd 35 40 45 Qtràn(m3/s)) 323.78 333.67 344.65 hk (m) 2.059 1.921 1.815 w k m2 72.050 76.856 81.677 xk m 39.117 43.843 48.630 Rk (m) 1.842 1.753 1.680 Ck 65.127 64.592 64.133 ik 0.00258 0.00258 0.00258 Bảng 7-6: Độ dốc phân giới trên dốc nước ở sau đoạn thu hẹp: SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Bd 3 Qtràn(m /s) Trang 46 hk (m) wk m 2 xk m 25 323.78 2.576 64.406 30.152 30 333.67 2.328 69.828 34.655 35 344.65 2.146 75.114 39.292 7.2.2.2. Tính đường mặt nước trên dốc nước: Ngành Công trình Rk (m) Ck ik 2.136 2.015 1.912 66.755 66.109 65.532 0.00266 0.00259 0.00256 - Ứng với các lưu lượng, ta tính được đường mặt nước trên đoạn thu hẹp, từ đó xác định được độ sâu h c ở cuối đoạn thu hẹp . Mục đích của việc tính đường mặt nước trên dốc nước trong thiết kế sơ bộ là để xác định các cao trình đỉnh tường bên của dốc nước sao cho đảm bảo được yêu cầu về kinh tế kĩ thuật, không cho nước tràn qua tường trong mọi trường hợp. Với mỗi phương án Btr ta sẽ xác định được các kích thước cụ thể của dốc nước, sẽ là tài liệu giúp ta tính toán phương án Btr kinh tế sau này. a . Tính đường mặt nước trong đoạn thu hẹp đầu dốc nước: Ở đây ta thiết kế đoạn thu hẹp (ở đầu dốc nước) có đáy và tường hai bên đoạn thu hẹp có dạng đường thẳng, đáy đoạn thu hẹp có độ dốc i =12%. Tính toán đoạn thu hẹp ở đầu dốc nước có nhiều phương pháp, ở đây ta tính toán đoạn thu hẹp theo phương pháp định trước chiều dài đoạn thu hẹp và sau đó xác định chiều sâu nước ở các vị trí khác nhau và ở cửa ra của đoạn thu hẹp. - Dựa vào kết quả tính toán độ sâu phân giới và độ sâu dòng đều ở đầu đoạn thu hẹp ta thấy: ho < hk nên đường mặt nước trên dốc nước là đường nước hạ và lấy độ sâu nước đầu đoạn thu hẹp bằng độ sâu phân giới đầu đoạn thu hẹp (h đ = hk). Tính toán đường mặt nước trong đoạn thu hẹp theo phương pháp giả thiết chiều sâu nước ở các vị trí khác nhau trong đoạn thu hẹp, sau đó kết hợp phương pháp cộng trực tiếp để kiểm tra giá trị chiều sâu nước tại vị trí vừa giả thiết, từ đó xác định được chiều sâu nước ở các vị trí khác nhau và ở cửa ra của đoạn thu hẹp. Trình tự tính toán cụ thể như sau: + Chọn chiều dài đoạn thu hẹp ứng với phương án Btr tương ứng là: Lth = 30(m). + Chia đoạn thu hẹp thành n đoạn ngắn, từ đó xác định được chiều dài đoạn tính toán : ∆L' = Lth . n + Lấy chiều sâu nước đầu đoạn thu hẹp bằng độ sâu phân giới ở đầu đoạn thu hẹp SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 47 Ngành Công trình + Xác định diện tích mặt cắt ướt ở đầu và cuối đoạn tính toán theo công thức: ωi = bi.hi. + Xác định vận tốc dòng chảy ở đầu và cuối đoạn tính toán theo công thức: vi = Q . ωi + Xác định chênh lệch năng lượng đơn vị ở đầu và cuối đoạn tinh toán theo công  α .Vi +21   α .Vi 2    − hi + ∆∋ = ∋i + 1 - ∋i =  hi +1 + 2.g   2.g  thức:   .  + Xác định chu vi ướt ở mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán theo công thức: χi = bi + 2.hi. + Bán kính thuỷ lực ở mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán được xác định theo công ωi . χi Ri = thức: + Hệ số Sê di ở mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán được xác định theo công thức 1 1/ 6 .Ri . n Ci = Ma ninh: (n: hệ số nhám của dốc nước, n = 0,017). + Độ dốc mặt nước tại mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán được xác định theo công thức: Ji = Q2 . 2 2 ω i .Ci .Ri + Độ dốc trung bình của đoạn tính toán được xác định theo công thức: __ J= J i + J i +1 . 2 + Xác định chiều dài đoạn tính toán ứng với giá trị chiều sâu nước giả thiết ở cuối đoạn tính toán theo công thức: ∆L = ∆∋ . i−J + So sánh giá trị ∆L vừa tính được với chiều dài đoạn tính toán ∆L'. Nếu ∆L ≈ ∆L' thì giá trị chiều sâu nước ở cuối đoạn tính toán mà ta giả thiết ở trên là đúng. Nếu ∆L ≠ ∆L' thì ta phải giả thiết lại chiều sâu nước ở cuối đoạn tính toán và tiến hành các bước như trên cho đến khi ∆L ≈ ∆L'. Tiếp tục tính toán cho các đoạn còn lại với chiều sâu nước ở cuối đoạn trước là chiều sâu nước ở đầu đoạn tiếp theo cho đến hết đoạn thu hẹp. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 48 Ngành Công trình Kết quả tính toán đường mặt nước ở đoạn thu hẹp ứng với các lưu lượng được ghi ở các bảng 7-7 và bảng 7-8, 7-9 phụ lục b. Trong đoạn dốc nước có bề rộng không đổi Trình tự tính toán tương tự như đoạn thu hẹp. Qua kết quả tính toán ở đoạn thu hẹp ta biết độ sâu cuối đoạn thu hẹp và độ sâu này cũng chính là độ sâu nước ở đầu đoạn dốc nước có bề rông không đổi. Dựa vào bảng ta nhận thấy :id > ik ; ho < hk. => Dạng đường mặt nước trên đoạn này là đường nước hạ bII. Tính đường mặt nước trên với mức nước ban đầu (đầu đoạn có bề rộng không đổi) Hđ bằng độ sâu dòng chảy ở cuối đoạn thu hẹp, chiều dài dốc nước ứng với phương án Btr ở các phụ lục: Bảng 7-10, và bảng 7-11, 7-12 phụ lục SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 49 Ngành Công trình Bảng 7-7:Tính đường mặt nước đoạn thu hẹp MC 1 2 3 4 5 6 B (m) 35.0 33.1 31.1 29.2 27.2 25.0 Chiều rộng đoạn thu hẹp Lưu lượng xả Chiều dài đoạn thu hẹp Độ dốc Hệ số nhám h w V 2 (m) (m ) (m/s) 2.059 72.07 4.49 1.452 47.97 6.75 1.337 41.59 7.79 1.293 37.68 8.59 1.284 34.92 9.27 1.315 32.88 9.85 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải aV2/2g (m) 1.03 2.32 3.09 3.76 4.38 4.94 ∋ (m) 3.09 3.77 4.43 5.06 5.66 6.26 ∆∋ (m) 0.69 0.65 0.63 0.61 0.59 35-25 323.78 30 0.12 0.017 χ (m) 39.12 35.95 33.77 31.74 29.77 27.63 (m) (m3/s) (m) Lớp: 47LT R (m) 1.84 1.33 1.23 1.19 1.17 1.19 C J Jtb ∆Ltt (m) Σ∆L (m) 65.13 61.72 60.90 60.53 60.41 60.55 0.0026 0.0090 0.0133 0.0170 0.0201 0.0222 0.0058 0.0111 0.0151 0.0185 0.0211 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 12.00 18.00 24.00 30.00 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 50 Ngành Công trình Bảng 7-10: Tính toán đường mặt nước đoạn không đổi Chiều rộng đoạn không đổi Lưu lượng xả Chiều dài đoạn không đổi Độ dốc Hệ số nhám MC B (m) h (m) w (m2) V (m/s) aV2/2g (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 1.315 1.194 1.110 1.048 1.001 0.964 0.934 0.910 32.88 29.84 27.74 26.21 25.03 24.10 23.36 22.76 9.85 10.85 11.67 12.36 12.94 13.43 13.86 14.23 4.94 6.00 6.94 7.78 8.53 9.20 9.79 10.32 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải ∋ (m) 6.26 7.19 8.05 8.83 9.53 10.16 10.72 11.23 ∆∋ (m) 0.94 0.86 0.78 0.70 0.63 0.56 0.50 25 (m) 323.78 70 0.12 0.017 (m3/s) (m) χ (m) 27.63 27.39 27.22 27.10 27.00 26.93 26.87 26.82 R (m) C J Jtb ∆Ltt (m) Σ∆L (m) 1.19 1.09 1.02 0.97 0.93 0.90 0.87 0.85 60.55 59.67 59.01 58.50 58.08 57.75 57.47 57.24 0.0222 0.0304 0.0384 0.0461 0.0535 0.0604 0.0669 0.0728 0.0263 0.0344 0.0422 0.0498 0.0570 0.0637 0.0698 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 51 Ngành Công trình Bảng 7-13: Độ sâu và vận tốc dòng chảy đoạn không đổi Btràn 35 40 45 Qtràn (m3/s) 323.78 333.67 344.65 h® (m) 1.315 1.138 1.017 hc (m) 0.910 0.803 0.729 Vc(m/s) 14.23 13.85 13.51 7.2.2.3. Kiểm tra xói cuối dốc nước: Từ kết quả tính toán ( Bảng 7-13 ), ta kiểm tra xói cho trường hợp lưu lượng qua tràn là lớn nhất Qmax m3/s. Vận tốc dòng chảy cuối dốc nước là Vcd m/s. Căn cứ vào bảng 11-9 sách '' Sổ tay tính toán thuỷ lực '', ta tra được vận tốc cho phép không xói đối với bê tông M200 là [V]KX = 25 m/s. Vậy Vcd < [V]KX nên dốc nước không bi xói trong quá trình làm việc. 7.2.2.4. Tính chiều cao tường bên dốc nước. Cao trình đỉnh tường bên dốc nước được xác định theo công thức: ∇đỉnh tường = ∇đáy dốc + hhk + a . Ht = hhk + a . Trong đó: + Ht : chiều cao tường bên dốc nước. + a : độ vượt cao an toàn, a = 0,5 m. + hhk: chiều sâu dòng chảy có kể đến hàm khí trong dốc nước: hhk = h.(1 + v ). 100 - h, v: Chiều sâu và vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán. Căn cứ vào bảng tính đường mặt nước ứng với Qmax m3/s ta tính hhk và xác định chiều cao tường dốc nước : Bảng 7-14: Chiều cao tường bên trong dốc nước . MC B=35(m) h (m) V(m/s) hhk B=40(m) Htường(m) h (m) V(m/s) hhk B=45(m) Htường(m) h (m) V(m/s) Htường(m) 1 2.059 4.493 2.152 2.7 1.921 4.342 2.004 2.504 1.815 1.892 2.392 2 1.315 9.848 1.445 1.9 1.138 9.769 1.25 1.75 1.017 9.687 1.115 1.615 3 1.001 12.936 1.131 1.6 0.877 12.684 0.988 1.488 0.791 12.455 0.889 1.389 4 0.91 1.5 0.803 13.846 0.915 1.415 0.729 13.511 0.827 1.327 14.226 1.04 4.22 hhk - Mặt cắt 1-1 : là mặt cắt tại đầu đoạn thu hẹp. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 52 Ngành Công trình - Mặt cắt 2-2 : là mặt cắt tại cuối đoạn thu hẹp (đầu dốc nước). - Mặt cắt 3-3 : là mặt cắt tại giữa đoạn không đổi dốc nước. - Mặt cắt 4-4 : là mặt cắt tại cuối dốc nước. 7.3 hình thức, cấu tạo tràn và dốc nước 7.3.1 Tràn xả lũ 7.3.1.1 Xác định chiều rộng đỉnh ngưỡng d theo chiều dòng chảy Như phần trên đã xác định: chiều rộng đỉnh ngưỡng d được xác định dựa vào mục 3.1 Chương III QP.TL.C-8-76, chiều rộng đỉnh ngưỡng d thoả mãn điều kiện sau: (2÷3) H ≤ d ≤ (8÷10) H sơ bộ chọn chiều rộng đỉnh ngưỡng tràn d=15 (m) cho cả ba phương án Btr. 7.3.1.2 Tường bên và tường hướng dòng * Tường bên: Hình thức tường bên là tường bê tông trọng lực M200 kiểu tường cánh nghiêng. Cao trình đỉnh tường bằng = cao trình đỉnh đập, sơ bộ chọn chiều dày đỉnh tường bằng 0,4 m, chiều dày đáy tường bằng 1 m. * Tường hướng dòng: Để hướng nước chảy vào ngưỡng tràn thuận dòng phía trước ngưỡng tràn cần bố trí tường hướng dòng ,mặt khác nó còn có tác dụng bảo vệ mái đất ở hai bên phía phía thượng lưu - Trong thiết kế sơ bộ chọn loại tường cánh nghiêng bê tông M200, có độ cao giảm dần từ đỉnh đập đến chân thượng lưu theo độ dốc mái đập thượng lưu,với góc mở α =18o, chiều dài sơ bộ chọn 20m * Sân trước: lát bằng đá xây có chiều daì sơ bộ cả ba phương án 60 (m). 7.3.1.3 Ngưỡng tràn - Tràn được làm bằng vật liệu là bê tông cốt thép M200 , dày 1 (m). - Lớp lót là bê tông M100 dày 0,1 (m). - Chiều dài ngưỡng tràn δ = 15 (m). 7.3.1.4. Cầu giao thông: - Cao trình mặt cầu giao thông bằng cao trình đỉnh đập. - Bề rộng cầu giao thông bằng bề rộng đỉnh đập 7.3.2 Thiết kế sơ bộ dốc nước 7.3.2.1 Bản đáy dốc nước: - Bản đáy dốc nước được làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 70 (cm). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 53 Ngành Công trình - Lớp lót bản đáy là bê tông M100 dày 10 (cm). - Để tránh hiện tượng lún không đều cứ 10m làm một khe lún, có gia cố bằng nhựa đường để chống mất nước. 7.3.2.2 Tường bên dốc nước : - ở đây do chiều cao tường không cao lắm nên để kinh tế ta chọn hình thức tường là tường sườn cứ 4,5m có một sườn chống dày 0,4m, đỉnh bản mặt dày 0,3m. - Chiều cao tường bên dốc nước được xác định theo công thức phần trên. 7.3.3 Thiết kế công trình tiêu năng 7.3.3.1. Mục đích. Dòng chảy sau khi chảy qua dốc nước xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn. Một phần năng lượng này làm sói lở lòng sông và hai bên bờ. Vì vậy phải thiết kế công trình tiêu năng để tiêu hao năng lượng dòng chảy, giảm thiệt hại ở hạ lưu công trình. 7.3.3.2. Hình thức tiêu năng Năng lượng dòng chảy được tiêu hao bằng nhiều hình thức khác nhau. ở đây cao trình cuối dốc nước gần bằng cao trình đáy sông tự nhiên, mặt khác địa chất sau dốc là các sườn tàn tích có cường độ trung bình. Nên chọn hình thức tiêu năng đáy dạng bể. Vì khối lượng của bể chêch lệch giữa các phương án không nhiều vậy chưa đề cập trong phần này. CHƯƠNG VIII SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 54 Ngành Công trình TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG - GIÁ THÀNH - CHỌN PHƯƠNG ÁN 8.1 Mục đích tính khối lượng, giá thành Trong phần tính toán sơ bộ đã xác định các kích thước cơ bản của các hạng mục công trình cho từng phương án. Trên cơ sở đó, ta đi tính toán khối lượng các hạng mục công trình chủ yếu, tìm ra tổng vốn đầu tư cho từng phương án, qua đó xác định được phương án tối ưu là phương án có giá thành hạ, đạt yêu cầu về kỹ thuật. Để đơn giản trong tính toán nhưng vẫn bảo đảm được mức tin cậy, ta có thể bỏ qua những hạng mục công trình có khối lượng thay đổi không nhiều và đơn giá thấp vì giá thành không chênh lệch nhiều lắm. Trên cơ sở đó, không tính toán giá thành của công trình lấy nước, đá lát mái thượng lưu đập, trồng cỏ mái hạ lưu, khối lượng vật thoát nước. 8.2 Tính toán khối lượng và giá thành công trình 8.2.1 khối lượng đất đắp đập Dựa vào bình đồ vị trí xây dựng công trình, vẽ mặt cắt dọc và ngang đập ở các vị trí khác nhau. Chia đập thành n đoạn ngắn có chiều dài li sao cho ở mỗi đoạn có địa hình nền đập tương đối bằng phẳng (mặt cắt đập ít thay đổi). Sau đó tính diện tích tại các mặt cắt rồi tính diện tích trung bình mặt cắt ngang của đoạn đập li. Cuối cùng khối n lượng đập được tính theo công thức: V= ∑ fi.li i =1 Với mỗi phương án Btr khác nhau ta sẽ tính được một khối lượng đất đắp đập cụ thể. Khối lượng đập ứng với các phương án Btr được ghi ở bảng sau 8-1. Bảng 8-1: Khối lượng đắp đập. Btr Vđập (m3) Đơn giá (đ/m3) 35 797532,467 30800 40 769480,52 30800 45 764636,209 30800 8.2. 2. Khối lượng đất bóc nền đập và nạo vét lòng sông: Thành tiền(đ) 24,564.109 23,7.109 23,55.109 Do cao trình đập sai khác nhau không đáng kể nên khối lượng đất bóc nền đập và nạo vét lòng sông ỏ cả 3 phương án là xấp xỉ bằng nhau . Vì vậy ở phần này không tính đến. 8.2.3 Tính toán khối lượng tràn xả lũ: 8.2.3.1 khối lượng đất đào SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 55 Ngành Công trình Khối lượng đất đào làm tràn gồm đất đào ở phần ngưỡng tràn, phần dốc nước . Tổng khối lượng đất đào và đơn giá ứng với các phương án Btr được ghi ở bảng 8-2. Bảng 8-2: Khối lượng đất đào. Btr Vđào (m3) Đơn giá (đ/m3) Thành tiền(đ) 35 15178,75 22361 0,339.109 40 15240,625 22361 0,3408.109 45 15311,23 22361 0,342.109 8.2.3.2. Khối lượng đá đào : khối lượng đá đào chủ yếu ở phần tràn và một phần ở dốc nước .Song với các Btr khác nhau khối lượng đá đào không nhiều và không chênh nhau nhiều nên ở đây ta không tính đến . 8.2. 3.3 khối lượng bê tông cốt thép thi cống tràn Khối lượng bê tông cốt thép M200 khi thi công tràn bao gồm khối lượng bê tông ngưỡng tràn, đáy dốc nước, tường cánh thượng lưu , tường bên ở dốc nước và đoạn thu hẹp .Ngoài ra còn có bê tông lót M100 dày 10 cm ở đổ ở dưới lớp bê tông cốt thép ở sân trước, ngưỡng tràn và dốc nước . Bảng 8-3:Khối lượng bê tông và đá xây Btràn Bê tông cốt thép M200 Ngưỡng tràn (m3) Đoạn thu hẹp (m3) Đoạn không đổi (m3) Tường cánh và bên tràn Tổng 35 180 156,472 698,724 92.38 1127,576 40 255 220,9 687,32 85,4 1248,62 45 330 294,078 664,73 80,5 1369,308 Btr Bê tông lót M100 (m3) Đá xây M75 35 213 73,74 40 234,25 95,93 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 45 Trang 56 258,74 Ngành Công trình 118,18 Từ kết quả tính toán ở trên ta có bảng sơ toán giá thành công trình ứng với các phương án Btr ở bảng 8-4, 8-5, 8-6Bảng 8-4: Sơ toán giá thành công trình (Btr = 35) STT 1 2 3 4 5 6 Hạng mục Đơn vị Khối lượng Đơn giá (đ) 3 Đắp đập m 797532,467 30800 3 Đất đào m 15178,75 22361 Bê tông M200 m3 1127,576 1,5.106 Bê tông lót M100 m3 213 0,55.106 Đá xây M75 m3 73.74 0.45.106 Tổng đồng Bảng 8-5: Sơ toán giá thành công trình (Btr = 40) Thành tiền (đ) 24,564.109 0,339.109 1,691.109 0,117.109 0,0332.109 26,744.109 STT 1 2 3 4 5 6 Hạng mục Đơn vị Khối lượng Đơn giá (đ) 3 Đắp đập m 769480,52 30800 3 Đất đào m 15240,625 22361 3 Bê tông M200 m 1248,62 1,5.106 Bê tông lót M100 m3 234,25 0,55.106 Đá xây M75 m3 95,93 0.45.106 Tổng đồng Bảng 8-6: Sơ toán giá thành công trình (Btr = 45) Thành tiền (đ) 23,7.109 0,3408.109 1,873.109 0,12884.109 0,04316.109 26,086.109 STT 1 2 3 4 5 6 Hạng mục Đắp đập Đất đào Bê tông M200 Bê tông lót M100 Đá xây M75 Tổng Thành tiền (đ) 23,55.109 0,342.109 2,054.109 0,1423.109 0,0532.109 26,142.109 Đơn vị m3 m3 m3 m3 m3 đồng Khối lượng 764636,209 15311,23 1369,308 258,74 118,18 Đơn giá (đ) 30800 22361 1,5.106 0,55.106 0.45.106 Hình 8-1: Đồ thị quan hệ Btràn ~ Vốn đầu tư Sau khi tính toán giá thành công trình ta vẽ biểu đồ quan hệ giữa chiều rộng (Btr) và giá thành công trình (K). Từ biểu đồ quan hệ ta xác định được phương án thiết kế với SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 57 Ngành Công trình một Btr tương ứng với giá thành công trình giá thành công trình nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu kĩ thuật . Vậy tương ứng với Btr = 40 m thì giá thành công trình nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu kĩ thuật. PHẦN THỨ BA: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CHỌN CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 9.1 Tính toán điều tiết lũ phương án chọn 9.1.1. Kiểm tra khả năng tháo của tràn Trong phần tính toán sơ bộ để chọn phương án thiết kế, ta đã tính toán điều tiết lũ cho phương án Btr = 40 (m) với điều kiện chưa xét đến ảnh hưởng của lưu tốc tới gần v0 , hệ số co hẹp bên ε0 và mới sơ bộ chọn hệ số lưu lượng m = 0,35 Vì vậy ta phải đi kiểm tra khả năng tháo của tràn xả lũ với phương án chọn B tr = 40 (m) khi có ảnh hưởng của lưu tốc đến gần để xem các hệ số mà ta đã chọn ở phần trên có hợp lý hay không . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 58 Ngành Công trình Lưu lượng qua tràn xả lũ đỉnh rộng không ngưỡng chảy tự do được xác định theo công thức : Q = εo .m. ∑ b . 2 g . Ho3/2 Trong đó : m : hệ số lưu lượng đập tràn . Ho : cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần . ∑b : tổng bề rộng tràn . εo : hệ số co hẹp bên phụ thuộc vào mức độ co hẹp và hình dạng cửa vào. 9.1.2 Xét hệ số co hẹp bên εo : Với chiều rộng Btr = 40 m ta chia tràn làm 4 khoang với 3 mố trụ ở giữa (mỗi mố có bề rộng d = 1 m ) để đỡ cầu giao thông. Lúc này chiều rộng tràn là: Btr = ∑b + ∑d = 40 + 3.1= 43 (m) Theo mục 3-11 (trang 41) QPTL. C-8-76 hệ số co hẹp bên εo của đập tràn do các mố trụ gây nên được tính theo công thức : ε0 = B −∑d B Thay số ta có : ε0 = (8.2) 43 − 3 43 = 0,93 9.1.3Hệ số lưu lượng m: Theo điều 3-7 (trang 30 )QPTL.C8- 76 trị số chính xác của m phải xác định theo phương pháp của Đ.I.Ku- min. Với đập không ngưỡng và có co hẹp bên thì trị số m được xác định theo bảng 6 (trang 37) và trị số βT được xác định theo mục 3-11 (trang 41): b βT = B T Với BT : bề rộng lòng dẫn ở thượng lưu . BT được xác định ở vị trí cách ngưỡng tràn về phía thượng lưu một đoạn L T. Theo mục 3-3 (trang 26) QPTL.C-8-76 ta xác định được LT= 20 (m) ⇒ BT = 56 (m). 43 ⇒ βT = 56 = 0,768 Với βT = 0,82 và góc mở tường cánh thượng lưu θ = 180 Tra bảng 6 (trang 37) QPTL.C-8-76 ta được hệ số lưu lượng m = 0,35 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 59 Ngành Công trình 9.1.4 Tính toán điều tiết lũ : Từ kết quả trên, ta tính lại điều tiết lũ theo phương án chọn với Btr = 40(m) với ε0 = 0,93 và m = 0,35 Các bước thực hiện như tính toán điều tiết lũ ở phần trên bằng cách áp dụng phương pháp Potapop với cột nước là cột nước toàn phần trên đập H 0 . Kết quả tính toán bảng: 9-1, 9-2, 9-3 Bảng 9-1: Tính quan hệ phụ trợ với phương án chọn Btr=40m ΤΤ (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Z (m) (2) 24.24 24.44 24.64 24.84 25.04 25.24 25.44 25.64 25.84 26.04 26.24 H (m) (3) 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 q (m3/s) (4) 0.000 5.453 15.424 28.335 43.624 60.967 80.143 100.992 123.388 147.232 172.440 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Vk (m3) (5) 6486000.0 6687428.6 6724571.4 6761714.3 6798857.1 6836000.0 6873142.9 6910285.7 6947428.6 6984571.4 7021714.3 V (m3) (6) 0.0 201428.6 238571.4 275714.3 312857.1 350000.0 387142.9 424285.7 461428.6 498571.4 535714.3 V/∆t (m3/s) (7) 0.000 111.905 132.540 153.175 173.810 194.444 215.079 235.714 256.349 276.984 297.619 q/2 (m3/s) (8) 0.000 2.727 7.712 14.167 21.812 30.483 40.072 50.496 61.694 73.616 86.220 f1(q) f2(q) (9) 0.00 109.18 124.83 139.01 152.00 163.96 175.01 185.22 194.66 203.37 211.40 (10) 0.00 114.63 140.25 167.34 195.62 224.93 255.15 286.21 318.04 350.60 383.84 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 26.44 26.64 26.84 27.04 27.24 27.44 27.64 27.84 28.04 28.24 28.44 28.64 28.84 29.04 29.24 29.44 29.64 29.84 30.04 2.200 2.400 2.600 2.800 3.000 3.200 3.400 3.600 3.800 4.000 4.200 4.400 4.600 4.800 5.000 5.200 5.400 5.600 5.800 Trang 60 198.943 226.679 255.596 285.648 316.793 348.995 382.219 416.436 451.616 487.735 524.769 562.695 601.493 641.145 681.631 722.935 765.041 807.935 851.601 7058857.1 7226947.4 7451157.9 7675368.4 7899578.9 8123789.5 8348000.0 8572210.5 8796421.1 9020631.6 9257777.8 9546666.7 9835555.6 10124444.4 10413333.3 10702222.2 10991111.1 11280000.0 11568888.9 572857.1 740947.4 965157.9 1189368.4 1413578.9 1637789.5 1862000.0 2086210.5 2310421.1 2534631.6 2771777.8 3060666.7 3349555.6 3638444.4 3927333.3 4216222.2 4505111.1 4794000.0 5082888.9 Ngành Công trình 318.254 411.637 536.199 660.760 785.322 909.883 1034.444 1159.006 1283.567 1408.129 1539.877 1700.370 1860.864 2021.358 2181.852 2342.346 2502.840 2663.333 2823.827 99.471 113.339 127.798 142.824 158.397 174.497 191.110 208.218 225.808 243.868 262.384 281.348 300.747 320.572 340.815 361.467 382.521 403.967 425.800 218.78 298.30 408.40 517.94 626.92 735.39 843.33 950.79 1057.76 1164.26 1277.49 1419.02 1560.12 1700.79 1841.04 1980.88 2120.32 2259.37 2398.03 417.73 524.98 664.00 803.58 943.72 1084.38 1225.55 1367.22 1509.38 1652.00 1802.26 1981.72 2161.61 2341.93 2522.67 2703.81 2885.36 3067.30 3249.63 Biểu đồ 9-1:quan hệ phụ trợ với Btr=40 Bảng 9-2:Kết quả tính toán điều tiết lũ P =1%, B = 40 TT (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T (h) (2) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 Q (m3/s) (3) 0.00 62.30 124.57 186.86 249.14 311.43 337.70 436.00 404.86 373.71 Qtb (m3/s) (4) 0.00 31.15 93.44 155.72 218.00 280.29 324.57 386.85 420.43 389.29 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải q1 (m3/s) (5) 0.00 1.48 8.75 90.16 183.45 218.86 242.38 273.02 305.37 324.24 f1 f2 (m3/s) (m3/s) (6) (7) 0.00 31.15 29.67 123.10 114.35 270.07 179.91 397.91 214.47 494.75 275.89 600.45 358.07 744.92 471.91 892.34 586.96 976.25 652.01 1010.15 q2 (m3/s) (8) 1.48 8.75 90.16 183.45 218.86 242.38 273.02 305.37 324.24 332.00 H (m) (9) 0.00 0.08 0.27 1.30 2.08 2.34 2.51 2.72 2.93 3.05 Z (m) (10) 24.24 24.32 24.51 25.54 26.32 26.58 26.75 26.96 27.17 27.29 V 103m3 (11) 6486.00 6592.00 6703.29 6900.25 7048.48 7271.89 7458.11 7688.87 7924.46 8053.39 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 5.00 342.57 5.50 311.42 6.00 280.28 6.50 249.14 7.00 218.00 7.50 186.86 8.00 155.71 8.50 124.57 9.00 93.49 9.50 62.28 10.00 31.14 10.50 0.00 358.14 327.00 295.85 264.71 233.57 202.43 171.29 140.14 109.03 77.89 46.71 15.57 Trang 61 332.00 330.85 322.84 309.74 292.81 273.13 251.35 228.22 195.40 107.65 67.19 36.86 Ngành Công trình 678.15 1005.14 330.85 674.29 970.14 322.84 647.30 912.01 309.74 602.26 835.83 292.81 543.02 745.45 273.13 472.31 643.60 251.35 392.25 532.39 228.22 304.17 413.20 195.40 217.80 295.68 107.65 188.03 234.74 67.19 167.55 183.12 36.86 146.25 146.25 18.28 3.10 3.09 3.04 2.96 2.85 2.72 2.57 2.41 2.17 1.46 1.07 0.72 27.34 27.33 27.28 27.20 27.09 26.96 26.81 26.65 26.41 25.70 25.31 24.96 8101.18 8085.40 8021.86 7921.15 7790.94 7638.34 7467.65 7257.66 7016.67 6913.84 6846.35 6782.09 Biểu đồ 9-2: quan hệ Q,q~t với B = 40m,P = 1% Bảng 9-3:Kết quả tính toán điều tiết lũ P =0,2%, B = 40 TT (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 T (h) (2) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 Q (m3/s) (3) 0.00 92.30 169.75 245.76 343.14 385.43 439.71 538.00 484.86 461.13 414.59 Qtb (m3/s) (4) 0.00 46.15 131.03 207.76 294.45 364.29 412.57 488.86 511.43 473.00 437.86 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải q1 (m3/s) (5) 0.00 2.20 32.46 146.99 219.63 251.10 285.71 331.28 373.18 397.05 406.91 f1 (m3/s) (6) 0.00 43.95 142.52 203.28 278.10 391.28 518.14 675.72 813.97 889.91 920.87 f2 (m3/s) (7) 46.15 174.98 350.27 497.73 642.38 803.85 1007.00 1187.15 1286.96 1327.77 1309.94 q2 (m3/s) (8) 2.20 32.46 146.99 219.63 251.10 285.71 331.28 373.18 397.05 406.91 402.60 H (m) (9) 0.00 0.11 0.66 1.80 2.35 2.57 2.80 3.09 3.35 3.49 3.54 Z (m) (10) 24.24 24.35 24.90 26.04 26.59 26.81 27.04 27.33 27.59 27.73 27.78 V 103m3 (11) 6486.00 6624.23 6777.15 6995.56 7280.77 7529.87 7787.76 8114.96 8402.93 8556.49 8614.87 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 5.50 363.55 6.00 325.18 6.50 289.14 7.00 253.22 7.50 210.52 8.00 180.61 8.50 148.57 9.00 120.23 9.50 77.82 10.00 43.27 10.50 0.00 389.07 344.37 307.16 271.18 231.87 195.57 164.59 134.40 99.03 60.55 21.64 Trang 62 402.60 388.53 369.22 346.23 320.05 292.29 264.59 237.20 204.03 106.41 51.62 Ngành Công trình 907.34 1251.70 388.53 863.17 1170.33 369.22 801.10 1072.28 346.23 726.06 957.93 320.05 637.88 833.45 292.29 541.16 705.75 264.59 441.17 575.57 237.20 338.36 437.39 204.03 233.36 293.91 106.41 187.50 209.13 51.62 157.51 157.51 23.65 3.52 3.44 3.32 3.18 3.02 2.84 2.66 2.47 2.24 1.45 0.89 27.76 27.68 27.56 27.42 27.26 27.08 26.90 26.71 26.48 25.69 25.13 8577.35 8475.59 8336.83 8172.57 7981.44 7773.92 7561.31 7339.88 7037.06 6897.33 6808.10 Biểu đồ 9-3: quan hệ Q,q~t với B = 40m,P = 0,2% - Sau khi tính toán điều tiết lũ với các dữ liệu ở trên ta được kết quả như sau: P 0.20% 1% B(m) 40m 40m Z(m) 27.78 27.34 H(m) 3.54 3.10 Vsc(103m3) 8614.87 8101.18 qxảmax(m3/s) 406.91 332.00 9.1.4 Xét lưu tốc tới gần V0 Theo điều 3-5 (trang 28) QPTL.C-8-76 nếu đập tràn thoả mãn ΩT > 4(b.H) thì khi tính toán sẽ không xét đến lưu tốc tiến gần Vo. Trong đó: + ΩT : Diện tích mặt cắt ướt ở thượng lưu. + b : Tổng bề rộng các khoang tràn b = 40(m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 63 Ngành Công trình + H : Cột nước trên đỉnh tràn , H = 3,1 (m) Xác định ΩT : ΩT được tính ở vị trí cách ngưỡng tràn một đoạn bằng L T về phía thượng lưu. Ta có BT = 48,78 (m) ⇒ ΩT =3,1. 48,78 = 151,22 (m2). Vậy ΩT < 4(b.H) = 4.40.3,1 = 496(m2). Do đó khi tính toán phải xét đến lưu tốc tới gần V0. Theo mục 1-2 (trang6) QPTL.C-8-76 ta xác định được: V0 = q xa 332, 0 = = 2,2 (m/s). ΩT 151, 22 ⇒ Cột nước toàn phần trên đập ( cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần): V0 2 2, 22 H0 = H + = 3,1 + = 3,32(m). 2g 2.9,81 Thay số vào công thức (6.4.1) ta được : Q = 0,93.0,35.40. 2.9,81 .3,321,5 = 348,87 (m3/s) Ta có: 348,87 − 332, 0 = 4,83% < 5% 348,87 Vậy tràn có đủ khả năng tháo được lưu lượng lũ thiết kế. 9.2. Vị trí đập - Hình thức đập 9.2.1 Vị trí xây dựng đập Qua việc phân tích các tài liệu khảo sát và nghiên cứu các điều kiện về địa hình , địa chất ... ta đã xác định được tuyến đập được coi là hợp lý nhất như phần trên. 9.2.2 Hình thức đập Căn cứ vào địa chất nền và các bãi vật liệu ở khu vực xây dựng công trình, ta đã quyết định lựa chọn hình thức đập là đập đồng chất . 9.3 Các kích thước cơ bản của đập 9.3.1 Cao trình đỉnh đập Cao trình đỉnh đập được xác định theo 3 trường hợp: -Mực nước trong hồ ứng với MNLTK có xét tới chiều cao sóng leo và nước dềnh do gió bình quân lớn nhất nhiều năm. -Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 64 Ngành Công trình Cao trình đỉnh đập trong thiết kế kỹ thuật được xác định từ 3 điều kiện - Xác định theo MNDBT Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a - (9-1) Xác định theo MNLTK: Z2 = MNLTK + ∆h’ + hsl’ + a’ (9-2) - Xác định theo MNLKT: Z3 = MNLKT + a” (9-3) Trong đó: MNLKT – mực nước lũ kiểm tra Theo mực nước lũ kiểm tra MNLKT: Z3 = MNLKT + a” (m) = 27,78 + 0,2 = 27,98 Cao trình đỉnh đập được chọn là trị số lớn nhất trong các kết quả tính theo công thức (9-1), (9-2), (9-3). Các bước tính toán Z1, Z2 như trong chương VI. Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 9-5 Bảng 9-4: Bảng xác định cao trình đỉnh đập ứng với phương án Btr=40m Các thông số Đơn vị Zmn Zđáy H D V α ∆h gt/V gD/V2 m m m m m/s (o) m SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Các trường hợp tính toán Theo MNDBT 24,24 4 20,24 1350 39 0 0,021 5433,23 8,71 Theo MNLTK 27,34 4 23,34 1580 32 0 0,01413 6621,75 15,14 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư h τ λ K1% hs1% K1 K2 K3 Kα λ / hs1% K4 hsl1% a Zđđ Trang 65 m s m Ngành Công trình 0,85 3,061 14,626 0,75 2,903 13,164 2,04 1,734 0,9 0,8 1,5 1 8,435 1,3 2,435 0,7 27,40 2,04 1,53 0,9 0,8 1,5 1 8,604 1,45 2,396 0,5 29,38 m m m m Với trường hợp tính toán Z3 theo MNLKT Theo mực nước lũ kiểm tra MNLKT: Z3 = MNLKT + a” (m) = 27,78 + 0,2 = 27,98 Kết quả tổng hợp ở bảng 9-5 Bảng 9-5: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập ứng với các mực nước khác nhau Thông số MNDBT Zđđ (m) 27,40 Hđ (m) 23,40 Vậy cao trình đỉnh đập ∇đđ = 29,38 (m) Mực nước MNLTK 29,38 25,38 MNLKT 27,98 23,98 9.4 Kiểm tra lại cấp công trình Ứng với chiều rộng Btr = 40(m) đảm bảo lưu lượng tháo lũ ta xác định được chiều cao đập tương ứng là Hđ = 25,38 (m). Tra bảng 2-2 theo TCXDVN 285-2002 với đất chiều cao công trình Hđ = 25,38 (m) ta được cấp công trình cấp III. Như vậy chiều cao đập sơ bộ phần trên là đúng. 9.5. Cấu tạo chi tiết đập 9.5.1 Hình thức đập SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 66 Ngành Công trình Căn cứ vào các điều kiện đã có ta chọn hình thức đập là đập đồng chất có chân răng cắm sâu vào nền chống thấm. Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập như sau : Độ ẩm tự nhiên w = 36,78% ; Dung trọng khô γk = 1,32 T/m3. Tỷ trọng ∆ = 2,74 ; Hệ số rỗng ε = 1,19 ; Độ rỗng n = 54,19%. Độ bão hoà G = 84,53% ; Góc ma sát trong ϕ = 160 Lực dính C = 3,8 T/m2 ; Cbh = 1,9 T/m2 ; Hệ số thấm k = 1,89.10-8 cm/s. Dung trọng tự nhiên : γ tn = γ k .(1 + w ) = 1,32.(1+0,3678) = 1,81 (T/m3). Dung trọng bão hoà : γ bh = γ k + n.γ n = 1,32 + 0,5419.1 = 1,86 9.5.2 Cấu tạo chi tiết đỉnh đập. Cấu tạo chi tiết đỉnh đập được thể hiện như trong hình vẽ TÊm bª t«ng 150 x 150 x 15 cm D¨m sái dµy 15cm C¸t ®Öm dµy 10cm i=3% §Êt ®¾p ®Ëp cã = 1,32 T/m i=3% §¸ d¨m cÊp phèi dµy 25 cm C¸t ®Öm dµy 10 cm Hình 9-1: Cấu tạo chi tiết đỉnh đập 9.5.3 Mái đập và cơ đập Độ dốc mái phụ thuộc vào hình thức đập, chiều cao đập, lọai đất đắp, tính chất nền…Độ dốc mái phải chọn sao cho đảm bảo sự ổn định của đập trong quá trình làm việc. Hệ số mái được xác định theo công thức sau Mái thượng lưu : mtl = 0,05.Hđ + 2,00 = 0,05.25,38 + 2,00 = 3,3 Mái hạ lưu : mhl = 0,05.Hđ + 1,50 = 0,05.25,38+ 1,5 = 2,8 Ta chọn hệ số mái đập như sau + Mái thượng lưu - Trên cơ :mtl1 = 3,5 - Dưới cơ: mtl2 = 4 + Mái hạ lưu - Trên cơ : mhl1 = 3 - Dưới cơ : mhl2 = 3,5 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 67 Ngành Công trình Cơ đập được bố trí ở cả mái thượng lưu và hạ lưu. Chiều rộng cơ ở thượng lưu và hạ lưu chọn bằng 3(m) để đảm bảo thi công cơ giới được dễ dàng. Trên cơ ở mái hạ lưu cần bố trí rãnh thoát nước kích thước để tập trung nước và dẫn nước mưa tránh hiện tượng thấm nước vào thân đập. Độ dốc dọc cơ về phía rãnh tập trung nước xuống chân đập là i = 3%. Mái thượng lưu bố trí cơ tại cao trình +14,38 Mái hạ lưu bố trí cơ tại cao trình +16,38 9.5.4 Thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước 9.5.4.1 Chống thấm thân đập và nền đập Theo tài liệu địa chất khu vực xây dựng công trình, tài liệu địa chất tuyến đập ta thấy nền đập là các lớp bồi tích và tàn tích có hệ số thấm lớn đặc biệt là khu vực lòng suối, chiều dày trung bình khoảng từ 3 ÷ 4 m. Vì thế để ngăn giữ nước cần sử lý tốt lớp thấm nước mạnh này. Để chống thấm cho nền đập ta căn cứ vào điều kiện địa chất nền từng khu vực của tuyến đập. Cụ thể như sau : - Khu vực lòng suối có lớp bồi tích (aQ) rộng 54 m, chiều dày 3,8 ÷ 4m là lớp hỗn hợp cát cuội sỏi thấm nước mạnh (có hệ số thấm K = 10 -3 cm/s). Do đó ta chọn hình thức đập ở đoạn này là đập đồng chất có tường răng bằng vật liệu làm đập, cắm xuống nền đến tận tầng không thấm để chống thấm cho nền. Theo tài liệu “ Thiết kế đập đất ” của Nguyễn Xuân Trường thì vị trí hợp lý nhất của tường răng ở trong nền là ở khu vực giữa thân đập, ở đây ta chọn vị trí tường răng ở vị trí giữa đập. Kích thước của tường răng phải đảm bảo không sinh ra xói ngầm dưới tác dụng của građien thấm. Chân răng cắm sâu vào trong tầng không thấm 0,5 m. - Khu vực sườn đồi : + Bên bờ phải : địa chất nền là lớp 4 lớp pha tàn tích (edQ) kết cấu kém chặt, thấm nước mạnh, lớp này dày từ 1 ÷ 1,5 m. phía dưới là lớp đá phong hoá khá cứng chắc và ít thấm nước. Vì vậy ở bên bờ phải khi đắp đập ta bóc bỏ toàn bộ lớp 4 và đập được đặt trên nền đá phong hoá. Hình thức đập là đập đồng chất đặt trên nền không thấm, có làm chân khay cấu tạo để nối tiếp giữa đập và nền. + Bên bờ trái : bờ trái địa chất nền 3 lớp tương đối tốt, hệ số thấm nhỏ, do đó khi đắp đập ta chỉ cần bóc bỏ khoảng 0,5 ÷ 1 m đất phong hoá ở lớp trên cùng (lớp 2) mà SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 68 Ngành Công trình không cần có hình thức chống thấm đặc biệt cho nền. Hình thức đập là đập đồng chất đặt trên nền tự nhiên, có làm chân khay cấu tạo để nối tiếp giữa đập và nền. 9.5.4.2 Thiết bị thoát nước cho thân đập: a) Nhiệm vụ: - Cho dòng thấm thoát ra ở hạ lưu được an toàn và dễ dàng, không cho dòng thấm thoát ra trên mái đập và bờ vai đập hạ lưu. - Hạ thấp đường bão hoà để nâng cao ổn định cho mái hạ lưu. - Ngăn ngừa các biến dạng do thấm. b) Chọn thiết bị: +) Trường hợp lòng sông có nước ở hạ lưu nên ta sử dụng thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ. Loại này có cấu tạo đơn giản, thoát nước cho cả thân và nền đập, hạ thấp đường bão hoà có tác dụng chống đỡ thân đập. Lăng trụ có cấu tạo như sau: Mái trong m = 1,5 Mái ngoài m = 2.0 Cao trình đỉnh đống đá Zlt = Zhlmax + a Trong đó: Zhlmax: mực nước lớn nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, Zhlmax = 8,0m; a: độ cao an toàn, theo 14 TCN 157-2005, chọn a = 1,25 m Zhl = 8,0+ 1,25 = 9,25m - Chiều rộng đỉnh lăng trụ (B lt) xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý (quan trắc, kiểm tra). Chọn Blt = 2m. 200 §Êt ®¾p ®Ëp : γk = 1,32 Τ/m SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 69 Ngành Công trình Hình 9 - 2: Cấu tạo chi tiết lăng trụ thoát nước +) Đoạn sườn đồi: Chọn thoát nước kiểu áp mái. Mặt tiếp giáp giữa vật liệu áp mái và đập đất có làm tầng lọc ngược. Hình9-3: Cấu tạo thiết bị thoát nước đoạn sườn đồi. 9.5.5 Bảo vệ mái thượng, hạ lưu : - Bảo vệ mái hạ lưu : dưới tác dụng của gió, mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưu cho nên cần phải bảo vệ. Chọn hình thức bảo vệ mái hạ lưu là trồng cỏ. Phủ một lớp đất mầu dày 10 cm, trên đó trồng các ô cỏ, các ô cỏ có dạng là các ô hình vuông có kích thước 5 x 5(m). Giữa các ô cỏ có hệ thống các rãnh thoát nước mái hạ lưu, rãnh thoát nước này đặt xiên với mặt đập một góc 450 để tăng độ thoải cho rãnh nhằm tránh hiện tượng rãnh bị xói do lưu tốc lớn trong rãnh, các rãnh có chiều rộng 20 cm, trong các rãnh có phủ lớp cấp phối cuội sỏi để thoát nước.Để tiêu nước mặt của mái hạ lưu, ta làm các rãnh tập trung nước ở cơ và các rãnh dẫn nước đổ xuống thân đập. Khoảng cách giữa các rãnh dẫn nước từ 40 đến 50 m. Kích thước rãnh tập trung nước ở cơ 30x30 cm. Kích thước rãnh dẫn nước : 30x30 cm. Vật liệu các rãnh tập trung nước và dẫn nước bằng đá xây chít mạch mác M100. Độ dốc dọc cơ về hai phía rãnh dẫn nước i = 0,005. Độ dốc ngang cơ về phía rãnh tập trung nước i = 0,03. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 70 Ngành Công trình Trång cá b¶o vÖ m¸i h¹ l­u Tû lÖ : 1/150 707 50 0 707 0 50 C¾t h - h Tû lÖ : 1/10 20 20 20 10 5 500 5 20 Hình 9-4: Trồng cỏ bảo vệ mái hạ lưu. Hình 9-5: Cấu tạo rãnh tiêu cơ hạ lưu. - Bảo vệ mái thượng lưu : Để đảm bảo ổn định cho đập, tránh các hiện tượng bất lợi do tác dụng của sóng gió lên mái đập, mái đập thượng lưu được bảo vệ bằng tấm bê tông lắp ghép, kích thước 1,5x1,5 m, phía dưới có lớp đệm gồm lớp dăm sỏi dày 15 cm và lớp cát lọc dày 10 cm, kết cấu theo hình thức tầng lọc ngược. Phần cuối lát bê tông bảo vệ của mái thượng lưu cũng làm mố đỡ kích thước mố đỡ xem hình vẽ. Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu kể từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết (MNC) một khoảng bằng 1,5 chiều cao sóng ( theo GTTC tập 1). Vậy cao trình giới hạn bảo vệ mái thượng lưu là: Z = ZMNC - 1,5.hsl1% = 14 - 1,5.2,396 = 10,41 (m). Chiều dày của lớp bê tông bảo vệ mái được xác định theo công thức của I.M.Lipinxky : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 71 Ngành Công trình 0,11.h 1+ m2 d = η. . b m (γ − γ n ) B b Trong đó : h - Chiều cao sóng ( h = 0,75 m ). γn - Dung trọng nước ( γn = 1T/m3). γb - Dung trọng bê tông ( γb = 2,4T/m3). B - Kích thước của bản đo thẳng góc với mép nước (m)(B=1,5m). m - Hệ số mái ( m = 3,5 ). η - Hệ số an toàn lấy bằng 1,25 ÷ 1,5 ( Chọn η = 1,5 ). Thay các giá trị trên vào công thức ta có : 0,11.0,75 1 + 3,52 d = 1,5. . = 0,075 (m) = 7,5 (cm) . b 3,5 (2, 4 − 1) 1,5 Vậy chọn chiều dày bản bê tông lát mái thượng lưu là d b = 10 (cm). Tại điểm gẫy giữa cơ và mái, để đỡ khối bê tông lát ta làm một mố tựa kích thước mố tựa như hình vẽ. Phần cuối lát bê tông bảo vệ của mái thượng lưu cũng làm mố đỡ kích thước mố đỡ xem hình vẽ. Hình9-6 : Bê tông lát bảo vệ mái thượng lưu. 9.5.6 Nối tiếp đập với bờ : 9.5.6.1 Nối tiếp giữa mái thượng lưu đập với bờ : Vì cột nước trước đập thay đổi nên dễ gây ra xói ở chân của mái đập với bờ, mặt khác tạo điều kiện thuận lợi cho khai thác quản lý ta làm một đường đá có chiều rộng b = 1,5 m nối tiếp với bờ. 9.5.6.2 Nối tiếp giữa mái hạ lưu với bờ : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 72 Ngành Công trình Đường viền nối tiếp đập với bờ ta làm rãnh tập trung nước bằng đá lát, bên dưới có làm lớp lọc để dòng thấm khỏi mang đất từ nền đi. Rãnh có mặt cắt hình thang, kích thước như hình vẽ 9-6 ở trên. 9.6 Tính toán thấm qua đập và nền. 9.6.1 Mục đích, ý nghĩa và các trường hợp tính toán : 9.6.1.1 Ý nghĩa của nghiên cứu tính toán thấm qua đập đất : Đập đất là một loại công trình dâng nước và làm bằng vật liệu xốp (đất), khi làm việc đập chịu tác dụng của cột nước lớn và hình thành dòng thấm đi xuyên qua đập và nền từ thượng lưu về hạ lưu. Sự xuất hiện của dòng thấm qua đập đất gây nên những tác hại rất lớn về mặt tổn thất lưu lượng cũng như về tính bền vững của công trình. Do đó trong thiết kế và xây dựng đập đất vấn đề nghiên cứu, đánh giá những đặc trưng cơ bản của dòng thấm là một khâu quan trọng và không thể thiếu được. 9.6.1.2 Mục đích tính toán thấm qua đập đất : Tính toán thấm qua đập đất nhằm giải quyết những vấn đề sau : - Xác định lưu lượng nước thấm qua thân đập, nền và bờ để đánh giá tổn thất nước trong tính toán kinh tế và cân bằng hồ chứa, đồng thời trên cơ sở tính toán đó mà quyết định những hình thức chống thấm cho thân đập và nền. - Xác định vị trí của đường bão hoà để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh giá sự ổn định của mái. Việc xác định vị trí của đường bão hoà còn có mục đích lựa chọn hình thức thoát nước thích hợp cùng kích thước của nó nhằm nâng cao ổn định mái dốc hạ lưu. - Tính toán građiên thấm để đánh giá mức độ xói ngầm chung và xói ngầm cục bộ nhằm mục đích xác định kích thước hợp lý của thân đập, của những kết cấu chống thấm, thoát nước và thành phần của tầng lọc ngược. 9.6.1.3 Các trường hợp tính toán : Trong thiết kế đập đất cần tính thấm với các trường hợp làm việc bất lợi khác nhau của đập : - Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng, thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường. - Thượng lưu là MNLTK hạ lưu là mực nước max tương ứng. - Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 73 Ngành Công trình - Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường. - Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng. Trong phạm vi đồ án này yêu cầu tính toán cho hai trường hợp đầu. 9.6.1.4 Các mặt cắt tính toán : Khi tính thấm qua đập đất, cần chia đập ra nhiều đoạn mà trong mỗi đoạn có những đặc trưng về kích thước, vật chống thấm và tình hình phân bố địa chất của nền đều giống nhau. Đối với mỗi đoạn có thể xác định được lưu lượng thấm, vị trí đường bão hoà, građiên thấm v.v… và trên cơ sở đó mà đánh giá về lưu lượng nước bị tổn thất và sự ổn định về thấm của công trình. Ta chia đập thành 5 đoạn để tính toán, với mỗi đoạn ta tính thấm với mặt cắt ở giữa đoạn. Khi đó lưu lượng thấm của toàn bộ đập là : Q= Trong đó : 1 [ q1 .l1 + (q1 + q 2 ).l 2 + ... + (q n 2 2 + q n 1 ).l n 1 + q n 1 .l n ] (9-4) Q: tổng lưu lượng thấm qua thân đập (m3/s) qi: lưu lượng thấm qua thân đập tại mặt cắt thứ I (m3/s.m) li: khoảng cách giữa hai mặt cắt thứ i và i+1 (m) 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 §Ønh ®Ëp MNDBT Cao ®é tim ®­êng Tªn cäc Cù ly lÎ Cù ly céng dån Hình 9-7 : Các mặt cắt tính toán thấm. 9.6.2 Tính thấm cho các mặt cắt lòng sông : Với mặt cắt lòng sông ta phải tính toán với hai hai trường hợp là : - Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng. - Trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước max tương ứng. 9.6.2.1 Các thông số cần thiết để tính toán : - MNDBT = 24,24 (m). - MNLTK = 27,32 (m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 74 Ngành Công trình - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 4 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất có chân răng. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). - Hệ số thấm nền đập : Kn = 10-3 (cm/s) = 10-5 (m/s). - Chiều dày tầng thấm : T = 4,0 (m). 9.6.2.2 Xác định kích thước hợp lý của tường răng : Thiết kế chiều rộng tường răng cần thoả mãn điều kiện sau : JCD ≤ [JCD ] (9-5) Trong đó : JCD – Grđiên thấm lớn nhất tại mặt cắt nhỏ nhất của tường răng. Trị số JCD có thể xác định theo công thức kinh nghiệm : JCD = α.(0,665 − 0,467. λ + 0,617. λ − 0,4 ) β (9-6) α - Hệ số phụ thuộc vào kn/kđ và vị trí tường răng. kn /kđ = 529,101. x2 20,99 = = 0,253 l2 83,12 Trong đó : Với : Theo đồ thị hình 2-42 (trang 142) Tài liệu “ Thiết Kế Đập Đất ” của Nguyễn Xuân Trường ta thấy giá trị kn/ kd vượt ra ngoài đồ thị, ta sẽ lấy giá trị α nhỏ nhất : α = 1,05 λ : hệ số được tính theo công thức : kn k d 23,34 + 4.529,101 = 78,3 = H+T 23,34 + 4 H + T. λ= Với : H - cột nước trước đập tính trường hợp MNLTK . H = 27,34 – 4 = 23,34 (m) . l β : hệ số tính theo công thức : β = . H l - chiều rộng đáy tường răng chọn . Thay tất cả các giá trị tìm được ở trên vào điều kiện 8-15 ta được : JCD ≤ [JCD] (8-15’) [JCD] – Građiên thấm cho phép tại mặt cắt tiếp xúc CD. Theo tài liệu “ Ví dụ tính toán đập đất ” của Vụ kỹ thuật Thủy Lợi trang 13, với đập đất đồng chất làm chân răng đất á sét thì [JCD] = 4 ÷ 10. Giải điều kiện 8-15’ ta được : β ≥ 0,56 ⇒ l ≥ 13,07 (m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 75 Ngành Công trình Chọn chiều rộng chân răng tiếp xúc với nền l = 14 m, là đảm bảo điều kiện không bị xói tiếp xúc. Hệ số mái chân răng chọn bằng 1,5 ta được kích thước chân răng như sau : Chiều rộng chân răng tiếp xúc với nền : l1 = 14 m. Chiều rộng chân răng tiếp xúc với thân đập : l2 = 27,5 m. Chiều sâu chân răng cắm vào tầng không thấm : 0,5 m. Hình 9-8 : Cấu tạo chân răng chống thấm. 9.6.2.3. Trình tự tính toán : * Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min : + Sơ đồ tính toán : Theo tài liệu tính toán thủy văn của hồ Tân Thành thì khi thượng lưu là MNDBT thì hạ lưu không có nước. Sơ đồ tính toán hình 9-9 Đường nét đứt là mặt cắt đập thực tế. Đường nét liền là sơ đồ mặt cắt đập để tính toán thấm. Hình 9-9 : Sơ đồ tính toán thấm. + Tính toán cụ thể : - Xác định lưu lượng thấm : Với đập đồng chất có tường răng cắm xuống tầng không thấm K R = Kđ . Dùng phương pháp biến đổi đưa đập đồng chất có tường răng trên nền thấm nước thành một đập đồng chất trên nền không có tường răng mà hệ số thấm của đập và nền giống nhau. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 76 Ngành Công trình Để đơn giản mái dốc của tường răng có thể coi như thẳng đứng với chiều rộng trung bình l’= 0,5(l1 + l2) = 0,5.(14 + 27,5) = 20,75 m và cột đất nằm giữa hai đường thẳng đứng ad và bc được xem là một lõi giữa có hệ số thấm k 1 bằng hệ số thấm thân đập (k1 = kđ = 1,89.10-8 m/s) . Biến đổi nền thấm nước có hệ số thấm kn = 10-5 m/s và chiều dày T ra hệ số thấm giống như thân đập. Do đó chiều dày nền phải thay đổi và trị số chiều dày biến đổi của nền Tbđ được tính theo công thức sau : k T = T. n bd k d (9-7) Với T, kn , kđ đã có ta tính được : k 10 −5 T = T. n = 4. = 2116,4 (m) . bd k 1,89.10 −8 d Tính hệ số thấm của lõi khi chiều dày nền thay đổi : Khi chiều dày nền thay đổi thì hệ số thấm của lõi cũng thay đổi do lõi giữa bây giờ đã bị kéo dài cùng với nền biến đổi và hệ số thấm biến đổi của lõi tính bằng : H' H' 1 (K ) = K . =K . 1 l bd l H '' d H '' 1 1 (9-8) Trong đó : H1’ = H1 + T = 20,24 + 4 = 24,24 (m). H1’’ = H1 + Tbd = 20,24 + 2116,4 = 2136,64 (m). Với : H1 – Cột nước trước đập, H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 4 = 20,24 (m). Biến đổi về trường hợp đập và nền đồng chất (không có lõi giữa). Cần biến đổi lõi giữa có hệ số thấm (k1)bđ thành một lõi tượng trưng có hệ số thấm bằng hệ số thấm thân đập với chiều rộng : '' 'l = l ' . K d = l ' . H1 bd (K ) H' l bd 1 (9-9) Cuối cùng ta có sơ đồ tính toán là đập và nền đồng chất. Đối với trường hợp này phương trình tính lưu lượng thấm có dạng : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 77 2q H − H = Kd L bd ' '2 1 ' '2 2 = Ngành Công trình H −H ' '2 1 ' '2 2    H 1' '  ''  ' − 1 + L  0,4H + l'.  1    H1  (9-10) Trong đó : H ''2 = H 2 + T + a o bd Với : ao – Chiều cao hút nước. Do tỷ số kn/kđ = 529,101 khá lớn do đó có thể bỏ qua giá trị ao, ao = 0. H2 – Chiều cao nước hạ lưu : H2 = 0 ( hạ lưu không có nước). => H2” = 0 + 2116,4 + 0 = 2116,4 (m). L – Khoảng cách từ mép nước thượng lưu đến chân đống đá thoát nước. Với MNDBT = 24,24 m => L = 83,12 (m). => 2q 2136,64 2 − 2116, 42 = Kd  .  2136,64  0, 4.2136,64 + 20,75.  24, 24 − 1÷+ 83,12      => q = 2,96.10 −7 (m3/s.m). - Xác định vị trí của đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà của đập tượng trưng là : 2q y = (H + T ) 2 − x −T 1 bd bd K d (9-11) = 2136,642 − 31,3x − 2116, 4 Vẽ đường bão hoà của đập tượng trưng sau đó ta đưa đường bão hoà của đập tượng trưng về đường bão hoà của đập thực theo trình tự sau : + Giữ nguyên đoạn đoạn BC (đoạn này trùng giữa đập thực và đập tượng trưng). + Thay đoạn A’B bằng đoạn AB. Với B là điểm uốn của đường bão hoà. Xác định B như sau : (*) Xác định L’ là khoảng cách từ giữa chân khay đến chân lăng trụ thoát nước, L’ = 62,13 (m). (*) Lập tỷ số : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải l' 2L' = 20, 75 2.62,13 = 0,17 . Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 78 Ngành Công trình H1'' 2136,9 = = 88,15 . H1' 24,5 (*) Lập tỷ số : Tra đồ thị hình 3-36 trang 258 Tài liệu “ Thiết kế đập đất ” – Nguyễn Xuân B' 1 = 0,19 L' Trường ta được : => B1’ = 0,17.62,13 = 11,8 (m). Toạ độ của điểm B được tính: xB = xC – L’+ B1’ + Tính xC: - Tại yC = H2 = 0 ta có: Giải phương trình ta được: xC = 2746,0 (m) Vậy toạ độ của điểm B là: xB = 2746,0 – 62,13 + 11,8 = 2695,7 Vậy điểm B có toạ độ là : (m) XB = 2695,7 m. YB = 0,73 m. Toạ độ các điểm trên đường bão hoà tượng trưng A’BC: TT 1 2 3 4 5 6 7 X(m) 0 500 1000 1500 2000 2500 2746.04 Y(m) 20.24 16.57 12.90 9.22 5.54 1.85 0.0 Trên đoạn A’B ta lấy các điểm n’ , m’ , k’... bất kỳ. Sau đó xác định các điểm n, m, k.. tương ứng với các điểm n’, m’, k’... theo tỷ lệ tương ứng sao cho khoảng cách của các đoạn nn’ , mm’ , kk’ .. tỷ lệ với đoạn thẳng AA’ nghĩa là sao cho các hình BAA’, Bnn’, Bmm’, Bkk’ … đồng dạng với nhau. Nối các điểm A, n, m, k, …,B ta có đoạn đường bão hoà thực AB. Toạ độ đường bão hoà của dòng thấm trong đập thực được thể hiện trong bảng dưới đây : Từ phương trình đường bão hoà xác định được đường bão hoà tượng trưng A’B: TT Y X A' 20.24 0.00 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải n' 14.24 816.77 m' 8.24 1631.24 k' 2.24 2443.42 B 0.73 2695.72 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 79 Ngành Công trình Từ đường bão hoà tượng trưng A’B ta xác định được đường bão hoà thực AB TT A' A n' n m' m Y(m) 20.24 14.24 8.24 X’(m) 0.00 816.77 1631.24 ∆L 1745.90 1228.34 710.78 X(m) 1745.90 2045.11 2342.02 + Kiểm tra độ bền thấm : k' 2.24 2443.42 193.22 k B 0.73 2695.72 2636.642695.72 Với đập đất độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước, mặt tiếp giáp giữa thân đập và nền. Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kì trong thân đập hay nền : Với thân đập cần đảm bảo điều kiện : J dk < [ Jk]đ (9-12) Trong đó: J dk - Građiên kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của thân đập, được tính theo công thức : J dk = Với : ΔH L tt (9-13) ∆H - Độ chênh cột nước thượng hạ lưu. ∆H = H1 – H2 = 20,24 – 0 = 20,24 (m). H1, H2 - Cột nước thượng, hạ lưu. Ltt – Chiều dài tính toán của dòng thấm : Ltt = L + 0,4H1 + m1’.H2 = 83,12 + 0,4.20,24 + 1,5.0 = 91,22 (m). L - khoảng cách từ mép nước thượng lưu đến chân lăng trụ thoát nước. m1’- hệ số mái lăng trụ thoát nước ở phía trong đập, m1’= 1,5 => J dk = 20, 24 = 0, 22 . 91, 22 [Jk]đ : Građiên thấm cho phép trong thân đập phụ thuộc loại đất đắp và các cấp công trình, có thể lấy theo số liệu của Trugaep bảng P 3-3 trang 117 (ĐAMHTC) ứng với công trình cấp III và đất đắp đập là đất á sét ⇒ [ Jk]đ = 1,25. => J dk = 0,216 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 80 Ngành Công trình Với nền đập cần đảm bảo điều kiện : J nk ≤ [ J k ] n (9-14) Trong đó : J nk : Građiên kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của nền. Được xác định theo công thức sau : J nk = Với : H1 − H 2 L tt (9-15) H1 – Cột nước thượng lưu, H1 = 20,24(m). H2 – Chiều sâu nước hạ lưu, H2 = 0. Ltt = Lđ + 0,88T – m1’.H2 = 162,15 + 0,88.4 = 165,67 (m). Với Lđ - Khoảng cách từ mép đáy thượng lưu đập đến mép đáy lăng trụ thoát nước , Lđ = 162,15 (m). => J nk = 20, 24 = 0,122 . 165,67 [Jk]n – Građiên thấm cho phép của nền đập, phụ thuộc vào loại đất nền và cấp công trình. Có thể lấy theo Trugaep bảng P3-2 Trang 117 (ĐAMHTC) với loại nền là cát hạt lớn và công trình cấp III, ta có [Jk]n = 0,4. n Vậy, J k = 0,122 < [ J k ] n = 0, 4 . Kết luận : Nền đập không bị xói ngầm cơ học. * Trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước lớn nhất tương ứng : Theo tài liệu tính toán thuỷ văn của hồ chứa Tân Thành thì ứng với trường hợp thượng lưu là MNLTK thì mực nước hạ lưu là H2 = 4 m. + Sơ đồ tính toán : Hình 9-10 : Sơ đồ tính toán thấm. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 81 Ngành Công trình + Tính toán cụ thể : Trình tự tính toán tương tự như với trường hợp (a) chỉ khác là mực nước thượng lưu là MNLTK, H1 = 23,34 m, và hạ lưu có nước H2 = 4 m. - Xác định lưu lượng thấm : Ta có : Tbđ = 2116,4 (m). H1’’ = H1 +Tbđ = 23,34 + 2116,4 = 2139,74 (m). H1’ = H1 + T = 23,34 + 4 = 27,34 (m) . H2’’ = H2 + Tbđ + a0 = 4 + 2116,4 = 2120,4 (m); ( a0 = 0 ). L = 72,27 (m). Thay số ta được: q = 0,5.60,89.Kđ = 0,5. 60,89. 1,89.10-8 = 3,08.10-7 (m3/s.m). - Xác định vị trí đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà của đập tượng trưng : 2q y = (H + T ) 2 − x −T 1 bd bd K d = 2139,742 − 32,5x − 2116, 4 . (*) Xác định L’ là khoảng cách từ giữa chân khay đến chân lăng trụ thoát nước, L’ = 62,13 (m). l' (*) Lập tỷ số : 2L' = 20, 75 2.62,13 = 0,17 . H1'' 2139,74 = = 78,26 . H1' 27,34 (*) Lập tỷ số : Tra đồ thị hình 3-36 trang 258 Tài liệu “ Thiết kế đập đất ” – Nguyễn Xuân Trường ta được : B' 1 = 0,19 L' => B1’ = 0,17.62,13 = 11,8 (m). Toạ độ của điểm B được tính: xB = xC – L’+ B1’ + Tính xC: - Tại yC = H2 = 0 ta có: Giải phương trình ta được: xC = 3052,09 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải (m) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 82 Ngành Công trình Vậy toạ độ của điểm B là: xB = 3052,09 – 62,13 + 11,8 = 2012,5 Vậy điểm B có toạ độ là : (m) XB =3001,8 m. YB = 0,93 m. Toạ độ các điểm trên đường bão hoà tượng trưng A’BC: TT 1 2 3 4 5 6 7 X(m) 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3052.09 Y(m) 23.34 19.54 15.73 11.92 8.10 4.27 0.0 Từ phương trình đường bão hoà xác định được đường bão hoà tượng trưng A’B: TT A' n' m' k' B Y 23.34 17.34 11.34 5.34 0.93 X 0.00 787.79 1573.38 2356.75 3001.76 Từ đường bão hoà tượng trưng A’B ta xác định được đường bão hoà thực AB TT A' A n' n m' m Y(m) 23.34 17.34 11.34 X’(m) 0.00 787.79 1573.38 ∆L 1551.71 1152.81 753.92 X(m) 1551.71 1940.61 2327.29 k' 5.34 2356.75 355.02 k B 0.93 3001.76 2711.773001.76 + Kiểm tra độ bền thấm : Với thân đập cần đảm bảo điều kiện : J dk < [ Jk]đ J dk = ΔH L tt d => J k = Ta có : [ Jk]đ = 1,25 => 19,34 = 0, 221 . 87, 61 J dk = 0,221 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. Với nền đập cần đảm bảo điều kiện : J nk ≤ [ J k ] n J nk = H1 − H 2 L tt => J nk = 19,34 = 0,121 . 159,67 Ta có : [Jk]n = 0,4. Vậy, J nk = 0,157 < [ J k ] n = 0,4 . Kết luận : Nền đập không bị xói ngầm cơ học. Bảng 9-6: Kết quả tính thấm đoạn lòng sông SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 83 Ngành Công trình Cao trình Đáy H1 (m) H1’ (m) H1’’ (m) H2 (m) H2’’ (m) q.10-7 (m3/s) 4.00 20.24 24.24 2136.64 0.00 2116.40 2.96 4.00 23.34 27.34 2139.74 4.00 2120.40 3.08 9.6.3 Tính toán cho mặt cắt sườn bên phải : Sườn bên phải đập được đặt trên nền không thấm và có làm chân khay cấu tạo chống thấm, để đơn giản ta coi như nền không có chân khay, hình thức tiêu nước là hình thức áp mái. Với mặt cắt sườn đồi ta tính toán với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT và hạ lưu là mực nước min tương ứng (hạ lưu không có nước, H 2 = 0 m). Sườn tính cho 2 mặt cắt : I – I, V - V. 9.6.3.1 Tính cho mặt cắt I-I: * Các thông số tính toán : - MNDBT = 24,24 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 17,45 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền không thấm. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). * Sơ đồ tính toán : Hình 9-11 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt I-I * Tính toán cụ thể : + Tính toán lưu lượng thấm : Trường hợp này lưu lượng thấm qua đập có thể xác định theo công thức Đupuy dưới dạng : q H 12 − a 02 = k 2L 0 (9-16) Mặt khác lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu xác định như sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 84 q= Ngành Công trình k.a 0 0,5 + m 2 (9-17) Trong đó : a0 : độ cao hút nước. q : lưu lượng đơn vị (lưu lượng thấm qua 1m chiều dài của đập). k : hệ số thấm của đập, k = 1,89.10-8 (m/s). m2 : hệ số mái tại vị trí đường thấm thoát ra, m2 = 3 L0 = ∆ L + L – m2.a0. ∆ L : chiều dài quy đổi mái thượng lưu. Theo C.K.Mikhai-lốp ta có : ΔL = m1 .H 1 3,5.6,79 = = 2,97 (m). 2.m1 + 1 2.3,5 + 1 H1 : chiều cao cột nước thượng lưu. H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 17,45 = 6,79 (m). L : chiều dài tính từ mép nước thượng lưu đến chân mái hạ lưu, L = 59,78 (m). Ta có phương trình sau : a0 H12 − a 02 = 0,5 + m 2 2(∆L + L − m 2 .a 0 ) Đưa phương trình về dạng : (0,5 − m 2 ).a 02 + 2(∆L + L).a 0 − (0,5 + m 2 ).H12 = 0 (9-18) Giải ra và chọn nghiệm hợp lý ta được : a0 = 1,55 (m). => Lưu lượng thấm qua mặt cắt là : k.a 0 1,89.10−8.1,55 q= = = 8,35.10−9 (m3/s.m). 0,5 + m 2 0,5 + 3,0 + Xác định vị trí đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà theo hệ trục toạ độ Oxy như hình vẽ có dạng sau: y= H 12 − 2.q .x = 6,79 2 − 0,883x k (9-19) Bảng 9-7 : Toạ độ các điểm của đường bão hòa tượng trưng qua mặt cắt I-I. TT X(m) Y(m) 1 0.00 6.79 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 2 7.00 6.32 3 14.00 5.81 4 21.00 5.25 5 28.00 4.62 6 35.00 3.90 7 49.49 1.55 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 85 Ngành Công trình + Xác định chiều cao bảo vệ mái hạ lưu :Qua tính toán đường bão hoà ra mái hạ lưu với trường hợp MNDBT, ta sơ bộ xác định cao trình bảo vệ mái hạ lưu trong đoạn mặt cắt II-II. Cao trình đường bão hoà ra mái : 17,45 + 1,55 = 19. Theo quy phạm quy định khoảng cách an toàn d0 ≥ 0,5 m, ở đây ta chọn d 0 = 0,5 m. Do đó cao trình bảo vệ mái hạ lưu: +19,5 + Kiểm tra độ bền thấm : Độ bền thấm đặc biệt trong thân đập cần đảm bảo điều kiện : Jkđ < [ Jk]đ Trong đó: Jkđ = H 1 − a 0 6,79 − 1,55 = = 0,09 L0 58,1 L0 = ∆L + L – m2.a0 = 2,97+ 59,78– 3,0.1,55 = 58,1(m). Với : [ Jk]đ = 1,25 => Jkđ = 0,09 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. 9.6.3.2 Tính cho mặt cắt V-V * Các thông số tính toán : - MNDBT = 24,24 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 16,8m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền không thấm. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). * Sơ đồ tính toán. Hình 9-12 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt V-V. * Tính toán cụ thể : Với mặt cắt V-V ta tính toán tương tự như mặt cắt I-I SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 86 Ngành Công trình Ta được kết quả như sau : m1.H1 3,5.7, 44 ∆L = 2m + 1 = 2.3,5 + 1 = 3,3 (m) . 1 H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 16,8 = 7,44 (m). L = 61,73 (m). => ao = 1,8 (m). - Lưu lượng thấm : q = 8,56.10-9 (m3/s.m) . - Phương trình đường bão hoà : y = 7, 442 − 0,902x . Bảng 9-8 : Toạ độ các điểm của đường bão hoà tượng trưng qua mặt cắt V-V TT X(m) Y(m) 1 0.00 7.44 2 10.00 6.81 3 20.00 6.11 4 30.00 5.32 5 40.00 4.39 6 50.00 3.20 7 57.78 1.80 - Chiều cao bảo vệ mái hạ lưu : 16,8 + 1,8 + 0,5 = 19,1, ở đây ta chọn chiều cao an toàn d0 = 0,5 m. - Kiểm tra độ bền thấm : Građiên thấm đặc biệt trong thân đập cần đảm bảo điều kiện : Jkđ < [ Jk]đ Trong đó : Jkđ = H1 − a 0 7, 44 − 1,8 = = 0,095. ΔL + L − m 2a 0 3,3 + 61,73 − 3.1,8 [ Jk]đ = 1,25. => Jkđ = 0,095 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 87 Ngành Công trình 9.6.4 Tính thấm cho mặt cắt II-II, III-III Tính toán tương tự như mặt cắt I-I, V-V ta tính được lưu lượng thấm: qII-II = 8,89.10-8(m3/s.m) qIII-III = 13,44.10-9(m3/s.m) 9.6.5 Tính tổng lượng nước thấm qua đập đất : Trong phần trên ta đã giải quyết bài toán thấm phẳng. Trong thực tế mặt cắt đập biến đổi nhiều theo dọc trục đập. Nói một cách khác bài toán thấm qua đập đất là bài toán thấm không gian, để tính lưu lượng thấm qua đập ta phân đập thành nhiều đoạn bằng các mặt cắt điển hình. Lưu lượng thấm qua các mặt cắt điển hình đã được xác định trong phần trên. Sau đó tìm lưu lượng trung bình qua mỗi đoạn đập, tính tổng lưu lượng thấm theo công thức đơn giản gần đúng theo công thức: Q= Trong đó: 1 [ q1 .l1 + (q1 + q 2 ).l 2 + ... + (q n 2 2 + q n 1 ).l n 1 + q n 1 .l n ] Q: tổng lưu lượng thấm qua thân đập (m3/s) qi: lưu lượng thấm qua thân đập tại mặt cắt thứ I (m3/s.m) li: khoảng cách giữa hai mặt cắt thứ i và i+1 (m) 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 §Ønh ®Ëp MNDBT Cao ®é tim ®­êng Tªn cäc Cù ly lÎ Cù ly céng dån Hình 9-16:Sơ đồ các mặt cắt tính thấm Bảng 9-9: Bảng tổng lưu lượng thấm qua thân đập ứng với MNDBT Mặt cắt qi (m3/s.m).10-7 1-1 2-2 3-3 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Li qtb(m3/s.m)10-7 Qđoạn (10-7. m3/s) 78.77 0.042 3.289 0.084 38.34 0.486 18.643 52.15 1.117 58.225 58.08 2.152 124.988 0.889 1.344 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 4-4 Trang 88 2.960 39.80 5-5 ∑ Ngành Công trình 1.523 60.607 0.086 27.01 0.043 1.156 5.36 294.15 5.36 266.91 -7 3 Tổng lưu lượng thấm Q = 266,91.10 (m /s) Dung tích hồ ứng với MNDBT là Wh = WMNDBT = 6,486.106(m3) Tính toán cho thời đoạn 1 tháng ta có tổng lượng thấm qua thân đập là:W tt = Q.T1năm = 266,91.10-7.25,92.105 = 69,18 (m3) [Wth] – Tổng lượng nước thấm cho phép, theo kinh nghiệm thường lấy [W th] = (1÷2)%Whồ. Ta chọn [Wth] = 2Whồ . Whồ – là dung tích của hồ chứa, theo tài liệu tính toán điều tiết hồ, ứng với MNDBT = 24,24 m thì dung tích của hồ chứa là : Whồ = 6,486.106(m3) => 2%Whồ = 0,02.6,486.106(m3) = 1,297.105 (m3). Wth =69,18 (m3) < 2%Whồ = 1,297.105 (m3). Như vậy : đập thiết kế đảm bảo được yêu cầu về chống thấm và hình thức đập như đã chọn là hợp lý. 9.7 Tính toán ổn định đập đất. 9.7.1 Mục đích, ý nghĩa, các trường hợp tính toán ổn định : 9.7.1.1 Mục đích, ý nghĩa : Đập đất là loại công trình chắn nước có mặt cắt ngang dạng hình thang, làm bằng vật liệu địa phương có khối lượng lớn nên không có khả năng mất ổn định về lật và trượt theo mặt nền mà thường bị mất ổn định dưới dạng trượt mái dốc ở thượng và hạ lưu của đập khi việc chọn các kích thước của mặt cắt đập chưa hợp lý. Với đập làm bằng vật liệu địa phương khi mái dốc có hệ số mái càng lớn thì độ ổn định càng cao nhưng khối lượng vật liệu xây dựng đập lại càng lớn nên giá thành xây dựng đập sẽ càng cao. Vì vậy mục đích của việc tính toán ổn định là trên cơ sơ tính toán mà xác định được mặt cắt ngang của đập hợp lý nhất, nghĩa là đập vừa đảm bảo điều kiện ổn định, giá thành xây dựng đập không cao. 9.7.1.2 Các trường hợp tính toán : * Cho mái hạ lưu : Khi kiểm tra ổn định cho mái hạ lưu, cần kiểm tra với các trường hợp sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư - Trang 89 Ngành Công trình Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường ( tổ hợp cơ bản). - Khi thượng lưu là MNLTK, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại ( tổ hợp đặc biệt). * Cho mái thượng lưu : - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp cơ bản). - Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập) – tổ hợp cơ bản. - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất thể xảy ra (tổ hợp đặc biệt). Do thời gian có hạn nên trong đồ án này chỉ giới hạn tính ổn định cho mái hạ lưu với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước tương ứng (H 2 = 0 m). 9.7.2 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt : 9.7.2.1 Tìm vùng tâm có cung trượt nguy hiểm : Để tìm vùng tâm có cung trượt nguy hiểm, có nhiều phương pháp của nhiều tác giả khác nhau, trong đồ án này ta sử dụng kết hợp hai phương pháp : * Phương pháp Filennít : Tâm cung trượt nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình vẽ. Các trị số α, β phụ thuộc độ dốc mái, tra bảng (6-5), giáo trình thủy công tập I. Với hệ số mái hạ lưu là : m2 = 3,25 => ta tra được : α = 35o ; β = 25o. * Phương pháp Fanđêep : Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ. Các trị số bán kính r và R phụ thuộc vào hệ số mái m và chiều cao đập Hđ , tra ở bảng (6-6), giáo trình thủy công tập I. Với hệ số mái hạ lưu là m2 = 3,25 và chiều cao đập Hđ = 25,38 m => ta tra được: R/Hđ = 2,66 => R = 67,51 (m). r/Hđ = 1,13 => r = 28,68 (m). Kết hợp cả hai phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả định các tâm O 1, O2, O3 … Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K 1, K2, K3 cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi , ta xác định SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 90 Ngành Công trình được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng M 1M. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó, kẻ đường N-N vuông góc với đường M 1M. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác, vạch các cung cũng đi qua điểm Q 1 ở chân đập, tính K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tâm O, ta xác định được trị số Kmin cho mái đập. Với các điểm Q2, Q3 … ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự, ta cũng tìm được trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki min với các điểm ra của cung Qi, ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập. Trong phạm vi của đồ án này, do thời gian có hạn nên chỉ tính K min min đối với mặt cắt lòng sông. c B b A e r d R M H Hd O K min min Q1 Q2 Q3 T Hd M1 4,5.H d Hình 9-17 : Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm. 9.7.2.2 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ : Để xác định hệ số an toàn K, ta coi mặt trượt là mặt trụ tròn, áp dụng công thức Ghécxêvanốp với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 91 Ngành Công trình Chia khối trượt thành các b dải có chiều rộng b (như hình vẽ) theo điều kiện : h0 R (9-20) (9-20) m h1 b= dbh 0 1 hn Trong đó : 2 h2 R – bán kính cung trượt (m). Tn cn m – số nguyên dương Wn thường lấy bằng m = 10 αn Nn đến 20. l Gn n Hình 9-18 : Sơ đồ xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt Ta có công thức tính toán sau : K= ∑ (N n − Wn )tgϕ n + ∑ C n l n ∑ Tn (9-21) Trong đó : ϕn , Cn – Góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n. ln – Bề rộng đáy dải thứ n, l n = b . Cosα n Wn - Áp lực thấm ở đáy dải thứ n: Wn = γn.hn.ln (9-22) hn – chiều cao cột nước, từ đường bão hoà đến đáy dải. Nn và Tn – Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn : Nn = Gn.cosαn ; Tn = Gn.sinαn. Với : Gn = b.(∑γi.Zi )n. Zi – Là chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng là γi. - h0: Chiều cao từ đập đến đường bão hòa . - h1: Chiều cao từ đường bão hòa tới nền đập . - h2: Chiều cao từ nền đập cho đến đáy dải . - h3: Chiều cao từ đỉnh lăng trụ thoát nước đến nền đập trong phạm vi dải . - Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và nền : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 92 Ngành Công trình + Đất đắp đập : Độ ẩm tự nhiên w = 36,78% ; Dung trọng khô γk = 1,32 T/m3. Tỷ trọng ∆ = 2,74 ; Hệ số rỗng ε = 1,19 ; Độ rỗng n = 54,19%. Độ bão hoà G = 84,53% ; Góc ma sát trong ϕ = 160 Lực dính C = 3,8 T/m2 ; Cbh = 1,9 T/m2 ; Hệ số thấm k = 1,89.10-8 cm/s. Dung trọng tự nhiên : γ tn = γ k .(1 + w ) = 1,32.(1+0,3678) = 1,81 (T/m3). Dung trọng bão hoà : γ bh = γ k + n.γ n = 1,32 + 0,5419.1 = 1,86 (T/m3). + Đất nền : γbh = 2,2 (T/m3) ; C = 0 ; ϕ = 350 ; + Đá làm thiết bị thoát nước : C = 0; ϕ = 320; n = 0,35 ; γđá tn = 2,5T/m3; γbh= 2,85T/m3. Các bảng tính ổn định của các cung trượt được trình bày trong bảng 9-11, và bảng 9-12, 9-13, 9-14, 9-15, 9-16 phụ lục Kết quả tổng hợp tính toán ổn định của đập được thống kê như sau : Bảng 9-10 : Tổng hợp kết quả tính toán ổn định trượt với MNDBT Điểm chân Tâm trượt trượt O1 O2 Q1 O3 O4 O5 O'1 Hệ số ổn Kmin định K 1.368 1.877 1.35 1.402 1.650 1.637 1.35 Kết luận : Hệ số ổn định nhỏ nhất ở chân mái hạ lưu K min = 1,35 9.7.3 Đánh giá tính hợp lý của mái : - Để đảm bảo mái đập vừa ổn định về trượt và vừa đảm bảo tính kinh tế thì hệ số Kmin được khống chế: [ K] ≤ K SVTH: Nguyễn Ngọc Hải min ≤ 1,15 [ K ] Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư [ K] : Trang 93 Ngành Công trình Hệ số an toàn ổn định cho phép của mái đập Tra bảng P1-7 của “ĐA Thủy Công’’ ta có [ K ] =1,2 ⇒ 1,2 ≤ Kmin ≤ 1,38. Vậy đập đảm bảo an toàn về trượt và các hệ số mái đã chọn là hợp lý. Như vậy hệ số mái đập đã chọn là hợp lý, đảm bảo điều kiện ổn định mái dốc và đồng thời đảm bảo điều kiện kinh tế. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 95 Ngành Công trình B¶ng 9-11:TÝnh hÖ sè an toµn æn ®Þnh trît cho cung O1 R = 78.85 m d¶i γ0 (n) (T/m3) -3 0 -2 0 -1 0 0 1.81 1 1.81 2 1.81 3 1.81 4 1.81 5 1.81 6 1.81 7 1.81 Tæng h0 γ1 (m) (T/m3) 0 0 0 0 0 0 7.39 1.86 9.89 1.86 12.44 1.86 14.72 1.86 14.61 0 13.14 0 11.45 0 6.4 0 h1 γ2 (m) (T/m3) 0 2.2 0 2.2 0 2.2 0.398 2.2 0.457 2.2 0.516 2.2 0.574 0 0 0 0 0 0 0 0 0 h2 h3 Gn γ3 Sinαn Cosαn 3 (m) (T/m ) (m) 0 0 0 0.00 -0.3 0.954 2 2.5 1.24 29.59 -0.2 0.980 3.2 2.5 2.12 48.68 -0.1 0.995 3.6 0 0 86.93 0 1.000 3.2 0 0 203.49 0.1 0.995 2 0 0 219.94 0.2 0.980 0 0 0 218.64 0.3 0.954 0 0 0 208.64 0.4 0.917 0 0 0 187.65 0.5 0.866 0 0 163.52 0.6 0.800 0 0 0 91.40 0.7 0.714 Tn Nn 0.00 -5.92 -4.87 0.00 20.35 43.99 65.59 83.46 93.83 98.11 63.98 458.51 0.00 28.99 48.44 86.93 202.47 215.50 208.57 191.23 162.51 130.81 65.27 K1= 1.368 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT hn (m) 0 2 3.2 3.998 3.657 2.516 0.574 0 0 0 0 Wn 0.000 16.095 25.359 31.524 28.981 20.248 4.745 0.000 0.000 0.000 0.000 Cn (T/m3) 0 0 0 0 0 0 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 Cn.ln ϕn tgϕn (Nn-Wn)tgφn 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 15.705 16.346 17.299 18.727 20.978 89.055 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 16.0 16.0 16.0 16.0 16.0 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.000 9.029 16.160 38.797 121.479 136.717 58.445 54.833 46.599 37.510 18.716 538.285 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Trang 96 Ngành Công trình Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 97 Ngành Công trình CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ. 10.1 Vị trí, hình thức và các bộ phận của đường tràn. 10.1.1 Vị trí, hình thức bố trí tuyến tràn : Căn cứ vào bản đồ địa hình và bình đồ khu vực xây dựng công trình ta chọn vị trí tuyến tràn đặt tại tuyến đập bên phải. Hình thức công trình: Do điều kiện địa hình và địa chất của khu vực tuyến tràn, ta chọn hình thức tràn xả lũ là tràn dọc với hình thức ngưỡng tràn là tràn đỉnh rộng, có mặt cắt hình chữ nhật, không có cửa van, chảy tự do. Phía trước ngưỡng tràn có sân trước nối tiếp cùng tường cánh và kênh dẫn thượng lưu hướng dòng chảy vào ngưỡng tràn được thuận lợi. Phía sau ngưỡng tràn là dốc nước, tiêu năng cuối dốc nước dùng bể tiêu năng. Sau đó là kênh dẫn hạ lưu đưa nước ra dòng suối. 10.1.2 Quy mô công trình: Ở phần trước ta đã chọn được bề rộng tràn kinh tế nhất là Btr = 40 m. Các bộ phận của tràn bao gồm : 10.1.2.1 Kênh dẫn thượng lưu: Có nhiệm vụ dẫn nước từ hồ chứa vào ngường tràn. Kênh dẫn thượng lưu có mặt cắt dạng hình thang, các thông số của kênh dẫn như sau: - Bề rộng đáy kênh: b = 56 - Hệ số mái : m = 1,5. - Độ dốc đáy kênh: i = 0 - Chiều dài kênh dẫn: Lk = 58 m. Đáy kênh dẫn được bảo vệ bằng đá xây vữa M100 dày 30 cm để chống xói lở. 10.1.2.2 Tường hướng dòng Nằm ở phần sân trước dùng để nối tiếp kênh dẫn thượng lưu với ngưỡng tràn, hướng nước chảy vào ngường tràn được thuận dòng, giảm tổn thất thuỷ lực, bảo vệ mái đất ở hai bên bờ phía trước ngưỡng tràn. - Hình thức : Tường nghiêng không cho nước tràn qua. - Cao trình đỉnh tường : sát ngưỡng bằng cao trình đỉnh đập +29,38 m . - Chiều dài tường theo phương dòng chảy : 20 m - Góc mở của tường a = 18o. - Tường làm bằng bê tông M200, dưới lót bê tông M100 dày 10 cm. - Mặt cắt ngang của tường phía tiếp giáp với ngưỡng tràn có dạng thẳng đứng. - Kích thước của tường được thể hiện trong bản vẽ. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 98 Ngành Công trình 10.1.2.3 Ngưỡng tràn Là tràn đỉnh rộng có chiều dài ngưỡng d = 15 m, trên ngưỡng có bố trí mố trụ chia ngưỡng tràn thành 4 khoang, mỗi khoang rộng 10 m, chiều dày mố là 1 m . - Cao trình đỉnh ngưỡng: + 24,24 m. - Lưu lượng lớn nhất chảy qua ngưỡng tràn : qmax = 332 m3/s. - Bề rộng ngưỡng tràn ( kể cả mố trụ ) là 43 m. - Chiều dày ngưỡng 0,8 m, hai đầu có chân khay cấu tạo tăng ổn định ngưỡng, làm bằng bê tông M200, dưới lót bê tông M100 dày 10 cm. - Trụ pin làm bằng bê tông cốt thép , chiều dài bằng chiều rộng đỉnh đập 15m. 10.1.2.4. Dốc nước - Cao trình đầu dốc nước : + 24,24 m. - Cao trình cuối dốc nước : + 12,24 m. - Bề rộng đầu dốc nước: B = 43 m. - Đoạn thu hẹp từ B = 43 m ÷ 32m , có độ dốc i = 12% , dài 30 m. - Đoạn dốc nước có bề rộng không đổi Bd = 32 m, dài 70 m, độ dốc đáy i = 12%. 10.2 Tính toán thuỷ lực trà xả lũ 10.2.1 mục đích Tính toán thuỷ lực tràn xả lũ nhằm xác định chiều sâu, vận tốc dòng chảy trong dốc nước, từ đó kiểm tra khả năng làm việc của tràn và xác định được chính xác các cao trình đỉnh tường bên dốc nước cũng như điều kiện thuỷ lực của dòng nước . 10.2.2 tính toán thuỷ lực đoạn thu hẹp ứng với 0,2.Qmax , 0,6.Qmax , Qmax. 10.2.2.1. Thiết kế đoạn thu hẹp Mặt cắt của đoạn thu hẹp có dạng hình chữ nhật. - Bề rộng đầu đoạn thu hẹp Bđ = 43 (m). - Bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bc = 32 (m). - Độ dốc đáy đoạn thu hẹp i = 12%. - Chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 30 (m). Tường bên đoạn thu hẹp có dạng tường trọng lực, chiều cao sẽ được xác định khi tính toán thuỷ lực. 10.2.2.2. Độ sâu phân giới hk Độ sâu phân giới hk tại mặt cắt sau ngưỡng tràn được xác định theo công thức: hk = SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 3 α.q 2 g với q = Q max 3 (m / s.m). B Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 99 Ngành Công trình Vậy chiều sâu dòng nước ở đầu đoạn thu hẹp bằng chiều sâu phân giới tại mặt cắt sau ngưỡng tràn hđ = hk Bảng 10-1: Độ sâu phân giới hk đầu đoạn thu hẹp Bd (m) Q(m3/s) q (m3/s.m) 43 66.4 1.544 43 199.2 4.633 43 332 7.721 hk (m) 0.624 1.298 1.825 10.2.2.3 Tính toán đường mặt nước đoạn thu hẹp Tính toán đường mặt nước trên đoạn thu hẹp theo phương pháp thử dần các giá trị h ở cuối đoạn tính toán trong đoạn thu hẹp kết hợp với phương pháp cộng trực tiếp tương tự như Chương VII. Ứng với 0,2.Q max , 0,6.Qmax , Qmax. Kết quả tính toán bảng 10-10 và bảng 10-11, 10-12 phụ lục Bảng 10-2: Độ sâu dòng chảy trong đoạn thu hẹp Q (m3/s) 66.4 199.2 332 hđ (m) 0.624 1.298 1.825 hc (m) 0.289 0.638 1.075 10.2.3.4 Xác định độ sâu dòng chảy đều h0 Ta chỉ đi xác định độ sâu dòng chảy đều trong đoạn dốc có bề rộng không đổi - Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực để tính toán. - Các bước xác định độ sâu dòng chảy đều tương tự như đã trình bày ở phần thiết kế cơ sở.Ta được kết quả độ sâu dòng chảy đều ứng với các cấp lưu lượng như sau: Bảng10 -3: Độ sâu dòng đều h0 ở đầu đoạn thu hẹp: Bd (m) Q(m3/s) f(Rln) Rln (m) B/Rln 43 66.4 0.0381 0.7389 58.19 43 199.2 0.0127 1.1156 38.54 43 332 0.00762 1.3511 31.83 10.2.2.5. Xác định độ dốc phân giới ik Độ dốc phân giới được xác định theo công thức: h/Rln h0 (m) 0.3052 0.23 0.3924 0.44 0.4416 0.5967 Q2 ik = (ω k .C k . Rk ) 2 Trong đó : + Q : lưu lượng chảy qua dốc nước. + ω k = b . hk SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 100 + Rk = Ngành Công trình ωk 2.hk + B k + Ck = 1 1/ 6 .Rk n Kết quả tính toán độ dốc phân giới trong đoạn dốc sau đoạn thu hẹp ứng với các cấp lưu lượng khác nhau được ghi ở bảng sau: Bảng 10-4: Độ dốc phân giới đầu đoạn thu hẹp Bd Q(m3/s) hk (m) wk m2 xk m Rk (m) Ck ik 43 66.4 0.624 26.836 44.248 0.606 54.120 0.0034 43 199.2 1.298 55.820 45.596 1.224 60.841 0.0028 43 332 1.825 78.468 46.650 1.682 64.149 0.0026 10.2.3 tính toán thuỷ lực dốc nước có bề rộng không đổi 10.2.3.1 Mục đích + Xác định chiều sâu mực nước tại các vị trí khác nhau trong dốc nước, vẽ được đường mặt nước trong dốc nước từ đó xác định được cao trình tường bên dốc nước hợp lý. Ứng với 0,2.Qmax , 0,6.Qmax , Qmax. 10.2.3.2. Các thông số của dốc nước Bao gồm : - Chiều dài dốc nước(có bề rộng không đổi) : 70 m - Độ dốc : i = 12% - Chiều rộng : b = 32 m - Độ nhám : n = 0,017 10.2.3.3. Xác định độ sâu dòng chảy đều h0 Bảng 10-5: Độ sâu dòng đều h0 ở đoạn sau thu hẹp của dốc nước Bd (m) Q(m3/s) f(Rln) 32 66.4 0.0381 32 199.2 0.0127 32 332 0.00762 10.2.3.4 Xác định độ sâu phân giới hk Tương tự như đoạn thu hẹp Rln (m) 0.7389 1.1156 1.3511 B/Rln 43.31 28.68 23.68 h/Rln 0.0084 0.0164 0.0224 h0 (m) 0.27 0.53 0.7168 Bảng 10-6: Độ sâu phân giới hk đầu đoạn không đổi Bd (m) Q(m3/s) q (m3/s.m) hk (m) 32 32 32 66.4 199.2 332 2.075 6.225 10.375 0.760 1.581 2.222 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 101 Ngành Công trình 10.2.3.5. Xác định độ dốc phân giới ik Bảng 10-7: Độ dốc phân giới đoạn không đổi Bd 32 32 32 Q(m3/s) hk (m) wk m2 xk m Rk (m) Ck ik 66.4 0.760 24.319 33.520 0.725 55.760 0.00331 199.2 1.581 50.585 35.162 1.439 62.499 0.00276 332 2.222 71.108 36.444 1.951 65.756 0.00258 10.2.3.6. Tính đường mặt nước trên đoạn không đổi Với các cấp lưu lượng khác nhau, ta tính được đường mặt nước trên đoạn không đổi theo phương pháp đã trình bày trong phần thiết kế cơ sở, từ đó xác định được độ sâu h c ở cuối không đổi. Ta được kết quả như sau: Bảng 10-8: Độ sâu dòng chảy trong đoạn không đổi Q (m3/s) 66.4 199.2 332 hđ (m) 0.289 0.638 1.075 hc (m) 0.256 0.516 0.680 Vc(m/s) 8.11 12.07 15.27 Qua tính toán xác định các yếu tố dòng chảy ta có bảng so sánh sau : Q (m3/s) ho hk i ik 66.4 199.2 332 0.27 0.760 0.12 0.00331 0.53 1.581 0.12 0.00276 0.7168 2.222 0.12 0.00258 Ta có nhận xét : Ứng với các cấp lưu lượng khác nhau thì dòng chảy trên dốc đều có: i > ik ; h0 < h < hk nên đường mặt nước trong dốc là đường nước đổ bII. Kết quả tính toán thuỷ lực đoạn không đổi được ghi ở bảng 10-13 và bảng 10-14, 10-15 phụ lục 10.2.4.3. Kiểm tra xói cuối dốc nước Từ kết quả tính toán ta sẽ kiểm tra xói cho trường hợp lưu lượng qua tràn là lớn nhất Qmax = 332 m3/s. + Vận tốc dòng chảy cuối dốc nước là : Vc = 15,27 m/s. + Tra bảng 11-9 (trang 203) sách '' Sổ Tay Tính Toán Thuỷ Lực '', ta được vận tốc cho phép không xói đối với bê tông M200 là [V]KX = 25 m/s. Vậy Vc < [V]KX nên dốc nước đảm bảo không bị xói trong quá trình làm việc. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 102 Ngành Công trình 10.3 Hiện tượng thuỷ lực trên dốc nước 10.3.1. Hiện tượng hàm khí Dốc nước trong dốc nước có lưu tốc lớn nên lớp không khí gần mặt nước sẽ bị hút vào lớp nước. Các bọt khí đó pha trộn vào lớp nước trên vùng mặt, chuyển động cùng với dòng chảy và do đó chiều sâu dòng nước sẽ tăng so với tính toán khi không có hàm khí. Khi đó chiều cao tường bên của dốc nước sẽ tăng hơn so với tính toán bình thường. Đường mặt nước có kể đến hàm khí được xác định theo công thức: hhk = h (1 + v ) 100 Trong đó : + h: chiều sâu dòng nước trên thân dốc. + v: vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán. Tính toán đường mặt nước trong dốc nước có kể đến hàm khí được dùng để xác định cao trình đỉnh tường bên dốc nước. Vì vậy ta đi tính cho trường hợp lưu lượng xả qua tràn lớn nhất Qmax = 332(m3/s). Ta tính cho các mặt cắt sau: - Mặt cắt 1-1 : Đầu đoạn thu hẹp - Mặt cắt 2-2 : Cuối đoạn thu hẹp - Mặt cắt 3-3 : Cách mặt cắt 2-2 một đoạn 15m - Mặt cắt 4-4 : Cách mặt cắt 3-3 một đoạn 15m - Mặt cắt 5-5 : Cách mặt cắt 4-4 một đoạn 15m - Mặt cắt 6-6 : Cuối dốc nước Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau : Bảng 10-9. Đường mặt nước kể đến hàm khí MC 1 2 3 4 5 h (m) 1.825 1.075 0.864 0.724 0.684 B=40(m) V(m/s) hhk Htường(m) 4.231 1.902 2.4 9.655 1.178 1.7 12.002 0.968 1.5 14.323 0.828 1.3 15.168 0.788 1.3 6 0.680 15.266 0.783 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 1.3 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Chiều rộng đoạn thu hẹp Trang 103 Bảng 10-10:Tính đường mặt nước đoạn thu hẹp 43-32 (m) Lưu lượng xả Chiều dài đoạn thu hẹp Độ dốc Hệ số nhám MC B (m) h (m) w (m2) V (m/s) aV2/2g (m) 1 2 3 4 5 6 43.0 41.1 39.1 37.2 35.2 32.0 1.825 1.236 1.117 1.061 1.036 1.075 78.47 50.72 43.67 39.43 36.47 34.39 4.23 6.55 7.60 8.42 9.10 9.65 0.91 2.18 2.95 3.61 4.22 4.75 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Ngành Công trình ∋ (m) 2.74 3.42 4.06 4.67 5.26 5.83 ∆∋ (m) 0.68 0.64 0.61 0.58 0.57 332.00 30 0.12 0.017 (m3/s) (m) χ (m) 46.65 43.52 41.33 39.27 37.27 34.15 R (m) C J Jtb ∆Ltt (m) Σ∆L (m) 1.68 1.17 1.06 1.00 0.98 1.01 64.15 60.34 59.37 58.86 58.61 58.89 0.0026 0.0101 0.0155 0.0204 0.0247 0.0267 0.0063 0.0128 0.0179 0.0225 0.0257 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 12.00 18.00 24.00 30.00 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 104 Ngành Công trình Bảng10-13: Tính toán đường mặt nước đoạn không đổi Chiều rộng đoạn không đổi Lưu lượng xả Chiều dài đoạn không đổi Độ dốc Hệ số nhám MC B (m) h (m) w (m2) V (m/s) aV2/2g (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 32.0 32.0 32.0 32.0 32.0 32.0 32.0 32.0 1.075 0.978 0.864 0.778 0.724 0.696 0.684 0.680 34.39 31.30 27.66 24.89 23.18 22.28 21.89 21.75 9.65 10.61 12.00 13.34 14.32 14.90 15.17 15.27 4.75 5.73 7.34 9.07 10.46 11.32 11.73 11.88 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải ∋ (m) 5.83 6.71 8.21 9.84 11.18 12.01 12.41 12.56 ∆∋ (m) 0.89 1.50 1.64 1.34 0.83 0.40 0.15 32 (m) 332.00 70 0.12 0.017 (m3/s) (m) χ (m) 34.15 33.96 33.73 33.56 33.45 33.39 33.37 33.36 R (m) C J Jtb ∆Ltt (m) Σ∆L (m) 1.01 0.92 0.82 0.74 0.69 0.67 0.66 0.65 58.89 58.03 56.91 55.97 55.34 54.99 54.83 54.78 0.0267 0.0362 0.0542 0.0766 0.0967 0.1100 0.1167 0.1191 0.0315 0.0452 0.0654 0.0866 0.1034 0.1134 0.1179 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 10.00 30.00 60.00 100.00 150.00 210.00 280.00 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 105 Ngành Công trình 10.4 Xác định chiều cao tường bên dốc nước V   + a ht = hhk + a = h.  1 +  100  Trong đó: + a: độ vượt cao an toàn , lấy a = 0,5 m. + hhk: chiều sâu dòng chảy trong dốc nước có kể đến hàm khí Kết quả tính toán chiều cao tường bên được thể hiện bảng trên. 10.5 thiết kế tiêu năng sau dốc 10.5.1 kênh dẫn hạ lưu. 10.5.1.1 Yêu cầu Kênh dẫn hạ lưu được thiết kế để dẫn nước từ tràn xả lũ vào lòng sông tự nhiên. Đảm bảo chuyển được lưu lượng nước lớn nhất từ tràn xả lũ xuống và kênh không bị xói lở trong quá trình làm việc. 10.5.1.2 Thiết kế mặt cắt kênh Kênh dẫn hạ lưu là kênh đất có mặt cắt ngang dạng hình thang và có các thông số cơ bản sau: - Lưu lượng lớn nhất dẫn qua kênh: QK = Qxả max = 332 m3/s. - Hệ số mái kênh: m = 1,5. - Độ nhám : n = 0,025. - Độ dốc đáy kênh i = 0,0005. - Bề rộng đáy kênh : giả thiết bK = 32 m. Kiểm tra khả năng xói của kênh xả : Điều kiện không xói của kênh là : V < [Vkx ] Trong đó : V – Lưu tốc của dòng chảy trong kênh (m/s). [Vkx ] – Lưu tốc không xói cho phép trong kênh. Ta có thể xác định lưu tốc không xói cho phép theo công thưc: [Vkx ] = K.Q0,1 . K – Hệ số phụ thuộc vào tính chất đất nơi kênh đi qua, tra bảng 8-7 (GT Thủy nông tập I) với kênh đất đá, K = 0,75. => [Vkx ] = 0,75. 3320,1 = 1,687(m/s). Ta thiết kế kênh theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. f(Rln) = 4.m0 . i = Q SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 8, 424 0,0005 = 5,67.10-4 332 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 106 Ngành Công trình b Tra phụ lục 8-1 ( Các Bảng Tính Thuỷ Lực ) ta được Rln = 4,1358⇒ R = 7,74 ln Tra phụ lục 8-3 ( Các Bảng Tính Thuỷ Lực) ta được: h = 0,883 Rln ⇒ ho = 3,65 m. ⇒ Vận tốc dòng chảy trong kênh : Với V= Q ω ω : diện tích mặt cắt ướt của kênh: ω = ( bK + m.h ).h = ( 32 + 1,5.3,65 ).3,65 = 136,78( m2 ) ⇒ V = 2,43 (m/s). Vậy V = 2,43 m/s > [Vkx ] = 1,687 m/s nên kênh tháobị xói, do đó cần bảo vệ chống xúi bằng biện pháp đá xây M100 dày 30 cm sau bể tiêu năng. Kiểm tra lại với kênh dẫn đá xây –M100 chiều sâu cột nước h>3m tra Phụ lục 8 bảng 5 TCVN 4118 – 85 được [V ] = 10,7 (m/s) => V = 2,43 hh =3,65m Vậy có nước nhảy phóng xa, phải đào bể tiêu năng. * Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng : Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng ta giả thiết một số cấp lưu lượng từ Q tk đến Qmin . Thiết bị tiêu năng phải giải quyết tốt vấn đề tiêu năng cho mọi cấp lưu lượng có thể trong phạm vi ấy. Trong tính toán thiết kế tiêu năng ta tính toán theo lưu lượng nào gây bất lợi nhất. Ở đây ta tính toán với 3 cấp lưu lượng Qtk ; 0,6Qtk ; 0,2Qtk. - Ta coi dòng chảy vào cấp cuối cùng của dốc nước như dòng chảy qua đập tràn đỉnh nhọn mặt cắt hình thang. Tính toán, so sánh các giá trị (h c’’ – hh) và Qtn là cấp lưu lượng ứng với ( hc’’ – hh )max. - Giả thiết các cấp lưu lượng Q khác nhau : Qtk ; 0,6Qtk ; 0,2Qtk + Lưu lượng thiết kế Qtk = 332(m3/s) và các cấp lưu lượng khác . - Tính lưu lượng đơn vị q : q = - Tính Q B F (τ c ) = q ϕE 03 / 2 Từ F(τc) tra bảng (15-1) Các bảng tra thủy lực ⇒ τc ⇒ hc’’ = τc . Eo - Tính độ sâu hh ứng vớicác cấp lưu lượng khác nhau : cách tính tương tự trên - Tính hiệu số (hc’’ – hh) - Chọn lưu lượng Q ứng với (hc’’ – hh)max làm lưu lượng tiêu năng SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 108 Ngành Công trình Bảng 10-16 : Quan hệ Q ~ (hc’’ – hh). TT Q q H0 3 2 (m /s) (m /sm) (m) 1 332 10.375 12.55 2 199.2 6.225 7.94 3 66.4 2.075 3.61 P (m) 3 3 3 E0 (m) 15.55 10.94 6.61 F(τc) τc" 0.178 0.3571 0.181 0.3511 0.129 0.3481 hc" (m) 5.55 3.84 2.30 hh (m) 3.65 3.04 2.18 hc" - hh (m) 1.90 0.80 0.12 Từ bảng tính toán trên ta thấy lưu lượng tính toán tiêu năng là: Qtn = Qtk = 332 m3/s. 10.5.2.4 Tính toán kích thước bể tiêu năng Để tiêu tán phần năng lượng thừa của dòng chảy trước khi vào kênh, cần tạo nước nhảy ngập ngay sau dốc. Vì vậy ta cần tăng độ sâu nước ở hạ lưu công trình a. Chiều sâu bể. Chiếu sâu bể xác định theo công thức: d = σ.hc'' - hh - ∆Z Trong đó: Hệ số σ = 1,05. hh - Độ sâu hạ lưu khi chưa đào bể hh = 3,65 (m). hc''- Độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp ở đầu bể. Được tính với năng lượng toàn phần E0’ = Eo + d Sơ bộ xác định chiều sâu bể : d = hc”- hh = 5,55 – 3,65 = 1,9 m ⇒ E0’= 15,55 +1,9 = 17,45m q F(τ c ) = = 0,1499 ϕ.E 3/2 0 " Tra bảng (15-1) bảng tra thuỷ lực ta được: τc = 0,3297 ⇒ hc'' = E0’ . τc = 5,75(m). " σ. hc'' = 1,05.5,753 = 6,04 m q2 q2 ∆Z = = 0,2906 m 2.g.ϕ 2 hh2 2.g .hc"2 Thay số vào ta có: d1 = σ.hc'' - hh - ∆ Z2 = 1,05.5,75 – 3,65 – 0,2906 = 2,09 (m). Ta thấy d1 = 2,09 (m) # d = 1,9 (m). Ta giả thiết lại d2 = 2,1 (m). E0”= 15,55 +2,1 = 17,56m q F(τ c ) = = 0,1486 ϕ .E 3/2 0 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 109 Ngành Công trình Tra bảng (15-1) bảng tra thuỷ lực ta được: τ = 0,3284 " c ⇒ hc'' = E0. τc = 5,76(m). " σ. hc'' = 1,05.5,76= 6,05 m q2 q2 ∆Z = = 0,2912 m 2.g.ϕ 2 hh2 2.g .hc"2 Vậy ta có: d3 = σ.hc'' - hh - ∆ Z = 1,05.5,76– 3,65 - 0,2912 = 2,11 (m). Ta thấy d3 = 2,11 (m) ≈ d2 = 2,1 (m). Vậy ta chọn d = 2,1 (m). b. Chiều dài bể. + Chiều dài bể Lb = β.ln + l1 Trong đó : β: hệ số kinh nghiệm β = 0,7 – 0,8, chọn β = 0,7 ln : chiều dài nước nhảy l1: khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp C-C Theo Xaphơranét: ln = 4,5.h”= 4,5.5,76 = 25,92 m + l1 : chiều dài nằm ngang của dòng nước rơi từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp C – C ; ở đây dòng chảy từ cuối dốc xuống bể như chảy từ bậc xuống nên l1 = p + hk = 5,1 +2,22 = 7,32 m α.q 2 3 1.10,382 3 hk = = = 2, 22 (m). g 9,81 Lb = β.Ln + l1 = 0,7. 25,92 + 7,32= 25,46 m Vậy chọn chiều dài bể tiêu năng là: Lb = 26 m. c. Chiều cao tường bể tiêu năng. Ta có chiều sâu bể d =2,1 m, chiều cao cột nước lớn nhất trong kênh h = 3,65m và chiều cao cột nước trong bể hb = σ.hc'' = 6,05m. ⇒ ht = hb + a (với a là độ cao an toàn lấy a = 0,5 m ) ht = 6,05+ 0,5 =6,55 m Vậy chọn ht = 6,6 m. d. Chiều dài đáy sân sau: Theo công thức: Stoxcov: Ls = β.Ln = 0,8.25,92 = 18,14 chọn Ls = 18,5m 10.6 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn. 10.6.1 Tường cánh thượng lưu : Tường cánh thượng lưu có tác dụng nối tiếp ngưỡng tràn với kênh dẫn vào nhằm bảo vệ bờ và tạo dòng chảy thuận ở thượng lưu đập tràn. 10.6.2 Ngưỡng tràn : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 110 Ngành Công trình Cao trình ngưỡng tràn : ∇Ngưỡng = +24,24 (m). Chiều dài ngưỡng tràn theo chiều dòng chảy : Theo quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL. C8 – 76, chiều dài ngưỡng tràn cần thỏa mãn điều kiện : (2 ÷ 3).H ≤ δ ≤ (8 ÷ 10).H Với : (9-16) H - Cột nước tràn Chọn chiều dài ngưỡng tràn δ = 15 (m). - Bản đáy được làm bằng bê tông cốt thép mác M200 (BTCT M200) dày 0,8(m); hai đầu ngưỡng tràn có chân khay. - Độ dốc đáy: i = 0. - Chiều cao ngưỡng P = 0. - Mặt cắt cơ bản của tràn là hình chữ nhật. - Tường bên làm bằng BTCT M200, cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập (29,38m - Trụ pin làm bằng BTCT M200, dày d tr = 1 m; chiều dài trụ pin bằng chiều dài ngưỡng bằng 15 m, hai đầu lượn tròn bán kính r = 0,5 m; cao trình đỉnh trụ pin bằng cao trình đỉnh đập (29,38 m) 60 80 514 80 220 130 Bao t¶i tÈm nhùa ®­êng BTCT M200 Bª t«ng lãt M100 dµy 10cm Hình 10-1: Cấu tạo tường bên ngưỡng tràn 10.6.3 Dốc nước : * Tường bên : Tường bên được làm bằng BTCT M200 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 111 Ngành Công trình 40 170 Bª t«ng cèt thÐp M200 60 60 Bao t¶i tÈm nhùa ®­êng 100 50 BTCT M200 Bª t«ng lãt M100 dµy 10cm Hình 10-2 : Mặt cắt ngang dốc nước. 10.6.4 Cầu giao thông Để đi lại được trên tràn phục vụ cho việc kiểm tra, sửa chữa hoặc nâng cấp tràn khi có yêu cầu ta phải bố trí cầu giao thông ở phía trên trụ pin (bắc qua ngưỡng tràn). Kích thước mặt cắt ngang của cầu giao thông được chọn theo yêu cầu cấu tạo và yêu cầu giao thông như sau: 15 15 30 10 10 100 èng tr¸ng kÏm φ40 55 30 200 30 20 10 20 200 30 55 600 Hình 10-4 : Cấu tạo cầu giao thông 10.7 Tính toán ổn định và kết cấu cỏc bộ phận tràn. 10.7.1 Mục đích : Tính toán ổn định và kết cấu các bộ phận tràn nhằm mục đích kiểm tra các khả năng mất ổn định của chúng trong mọi điều kiện làm việc bất lợi nhất như khả năng trượt, lật của ngưỡng tràn, tường bên của ngưỡng, của dốc nước hay của bậc nước ... . Từ đó đưa ra kết luận xem kích thước, cấu tạo cuả các bộ phận đó đó hợp lý chưa. Nếu chưa hợp lý thỡ phải chọn lại kớch thước hoặc phải đề nghị các biện pháp xử lý cụ thể. Khi kớch thước các bộ phận kết cấu thoó món tiến hành bố trớ cốt thộp cho cỏc bộ phận đó. Trong đồ án này yêu cầu tính ổn định cho một đoạn tường bên có chiều cao lớn nhất. Ta đó xỏc định được chiều cao tường bên của các đoạn trên tuyến tràn, trong đó SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 112 Ngành Công trình đoạn tường bên của bể tiêu năng có chiều cao lớn nhất h t = 7,6m, mặt khác địa chất ở vị trí này thường rất xấu, vậy ta chọn đoạn tường bên của bể để tính toán kiểm tra ổn định. 10.7.2 Các trường hợp tính toán : - Trường hợp vừa thi công xong, đất đắp bằng cao trình đỉnh tường. - Trường hợp làm việc bình thường với tổ hợp tải trọng cơ bản - Trường hợp mức nước rút nhanh ở ngoài tường. Trong phạm vi đồ án này, ta chỉ tính toán kiểm tra cho trường hợp 1. 10.7.3 Tính toán ổn định: 10.7.4 Sơ đồ tính toán: 660 BiÓu ®å ¸p lùc ®Êt n»m ngang Eng 760/3 P3 100 P1 100 A1 100 P2 350 550 σmin σmax BiÓu ®å ph¶n lùc nÒn Hỡnh 10-5 : Sơ đồ tính toán ổn định tường bên tiêu năng. 10.7.5 Các lực tác dụng lên tường: - Các lực tác dụng thẳng đứng: + Trọng lượng bản thân của tường: P1 = γbt.1,0.6,6.n1=2,5.1,0.6,6.1,05=17,33 T. P2 = γbt.1,0.3,5.n1=2,5.1,0.5,5.1,05=14,44 T. + Áp lực đất thẳng đứng: P3 = γw.3,5.6,6.n2=2,14.3,5.6,6.1,10=54,38 T. - Các lực tác dụng theo phương ngang Coi lưng tường thẳng đứng, bỏ qua ma sát giữa lưng tường và đất. Áp lực đất theo phương ngang lên 1 m dài tường được tính theo công thức:  ϕ ϕ ϕ  H 2 0 2 0 2 0 Ec = nc. γ tn .H .tg  45 −  + q.tg  45 −  − 2.C tg  45 −  . 2 2 2   2     Do bỏ qua đặt các thiết bị thi công nên q = 0 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 113 2 2 0 Ngành Công trình 2 2 => Eng = 0,5.γw.H .tg ( 45 -ϕ/2 ).nc=0,5.2,14.7,6 .tg (45°-17°/2).1,2=40,61 Tổng hợp các lực tác dụng lên tường được ghi ở bảng sau Bảng 10-17: Kết quả tính toán ngoại lực tác dụng lên tường chắn. Gi¸ trÞ lùc Bé phËn Lùc B¶n mÆt B¶n ®¸y ¸p lùc ®Êt th¼ng ¸p lùc ®Êt ngang Tæng §øng Ngang P1 17,33 P2 14,44 P3 54,38 Eng 86,14 40,61 40,61 M« men Tay Chèng ®ßn lËt G©y lËt 1,50 25,99 2,75 39,70 3,75 203,92 2,47 100,17 269,61 100,17 Ghi chú: + Các giá trị hệ số vượt tải n trong bảng trên được tr ở bảng 3.8 ( trang 18 ) TCVN 285-2002 + Chiều dài tay đòn, mô men chống lật và gây lật lấy đối với điểm A 1 trên hình vẽ. 10.7.6 Kiểm tra điều kiện chống trượt, chống lật và ứng suất nền: *Kiểm tra ổn định về trượt : Kt ≥ [ Kt ] Trong đó : - [ Kt ] :Hệ số an toàn chống trượt cho phép, tra Bảng 1-9 GTHDTK tường chắn công trình thuỷ công, ta được [ Kt ] = 1,2. -Kt : Hệ số an toàn chống trượt theo mặt đáy tường và được xác định theo công thức sau : Kt = f .ΣPi . ΣNi Với: f-hệ số ma sát giữa bản đáy với nền f = 0,6. ΣPi-tổng các lực thẳng đứng, ΣPi = 86,14 T. ΣNi-tổng các lực nằm ngang, ΣNi = 40,61 T. ⇒ Kt = 0,6.86,14 = 1,273. 40,61 Ta thấy Kt =1,273 > [ Kt ] =1,2. Vậy công trình đảm bảo ổn định trượt. *Kiểm tra ổn định về lật : Kl ≥ [ Kl] SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 114 Ngành Công trình Trong đó : - [ Kl] :Hệ số an toàn chống lật cho phép, tra Bảng 1-10 GTHDTK tường chắn công trình thuỷ công, ta được [ Kl] = 1,2. -Kt : Hệ số an toàn chống lật quanh điểm A1 và được xác định theo công thức sau : Kl = ΣM cl .. ΣM gl Với: ΣMcl-tổng mô men các lực chống lật, ΣMcl = 269,61 Tm. ΣMgl- tổng mô men các lực gây lật, ΣMgl = 100,17 Tm. ⇒ Kt = 269,61 = 2,692. 100,17 Ta thấy Kl =2,692 > [ Kl] =1,2. Vậy công trình đảm bảo ổn định lật. *Kiểm tra ứng suất đáy móng : σmax,min = - Xác định: ∑ p .(1 ± 6.e ) B B Trong đó: + e: độ lệch tâm của tải trọng. e = ( B/2 - ξ ). Với ξ = M cl − M gl ∑ Pi = 269,61 − 100,17 = 1,967. 86,14 => e = 5,5/2 - 1,967 = 0,783 ( m ). + B : bề rộng đáy móng , B =5,5 m. + ΣPi: tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên đáy móng. => σmax = 29,04 ( T/ m2 ). => σmin = 2,28 ( T/ m2 ). Điều kiện : σ max ≤ [ σ ]  σ min > 0 Trong đó: + σmax, σmin: ứng suất pháp lớn nhất và nhỏ nhất tại đáy tường. + [σ] : ứng suất nén cho phép của nền. [σ] = 4 kg/ cm2 = 40 T/ m2. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 115 σ max = 29,04T/m < [ σ ] = 40T/m  2 σ min = 2,28T/m > 0 2 Ta thấy : Ngành Công trình 2 Vậy nền đảm bảo điều kiện chịu tải. Kết luận: Đảm bảo an toàn về mặt ổn định trong trường hợp vừa thi công xong, đất đắp ngang cao trình đỉnh tường. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 116 Ngành Công trình CHƯƠNG 11 : THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 11.1 Những vấn đề chung 11.1.1 Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế : 11.1.1.1 Nhiệm vụ công trình : Cống lấy nước có nhiệm vụ chuyển nước từ hồ chứa Tân Thành xuống hạ lưu để cung cấp nước tưới cho khu vực các xã lân cận nằm trong vùng hưởng lợi. Ngoài ra còn cung cấp nước sinh hoạt, cung cấp nước để duy trì mực nước hạ lưu đảm bảo các vấn đề về môi trường - cảnh quan và đồng thời dẫn dòng trong quá trình thi công công trình; cống còn làm nhiệm vụ tháo lũ trong trường hợp có sự cố xảy ra.Tổng diện tích cả 2 vùng 722ha. Theo kết quả tính toán thuỷ nông thì lưu lượng cần lấy qua cống lớn nhất là Q = 0,58 m3/s. 11.1.1.2 Cấp của công trình : - Theo điều kiện về nhiệm vụ của cống : Do cống cấp nước tưới cho 722 ha đất canh tác, nên theo TCXDVN 285-2002 ta tra được cấp công trình là cấp IV. - Theo cấp chung của công trình đầu mối : vì cống là một trong ba công trình chủ yếu trong cụm công trình đầu mối nên ta cũng thiết kế cống theo cấp chung của toàn bộ công trình đầu mối. Theo điều kiện này ta có cấp công trình là cấp III. Kết hợp hai điều kiện trên ta có cấp công trình là cấp III. 11.1.1.3 Các chỉ tiêu thiết kế : Các chỉ tiêu về thiết kế được xác định tương tự như ở trong phần 1 đối với công trình cấp III. 11.1.2 Chọn tuyến và hình thức cống : 11.1.2.1 Vị trí công trình : Căn cứ vào nhiệm vụ công trình, tài liệu khảo sát địa hình, địa chất tại khu vực xây dựng tuyến đập. Ta thấy tại bên phía bờ trái của tuyến đập địa hình dốc dần về hạ lưu với các đường đồng mức chạy dài và song song nhau, đồng thời ở phía thượng lưu đập có phần nhô ra của sườn đồi rất thuận lợi để đặt cửa vào của cống. Mặt khác do đoạn đầu khu tưới kênh đi bên trái. Vì vậy tuyến cống được bố trí ở bên trái để nối tiếp với tuyến kênh. Ở bên bờ trái của tuyến đập đất sau khi bóc bỏ phong hoá, đất thổ nhưỡng khoảng 1 ÷ 1,5 m, ở phần sườn đồi là lớp đá phong hoá càng dịch về phía SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 117 Ngành Công trình thượng, hạ lưu cống lớp đá này càng nằm sâu và được phủ các lớp đất sét, á sét kết cấu kém chặt đến chặt vừa, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng, chiều dày thay đổi từ 2 ÷ 4 m do đó đảm bảo điều kiện cống được đặt trên nền đất đá tốt. Cao trình đáy cống ở thượng lưu đặt thấp hơn cao trình MNC và cao hơn cao trình bùn cát lắng đọng để tránh bùn cát lắng đọng làm tắc cống. 11.1.2.2 Hình thức cống : - Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu thay đổi lớn từ MNDBT = 24,24 m đến MNC = 14 m, nên hình thức hợp lý là cống ngầm không áp có tháp van điều tiết. - Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép M200, mặt cắt ngang cống là mặt cắt chữ nhật đảm bảo thi công đơn giản và tiện lợi. - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp van bố trí van công tác và van sửa chữa. Vị trí đặt tháp van sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. 11.1.2.3 Sơ bộ bố trí cống : Sơ bộ chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC 1 m, khi đó : Zđáy cống = MNC – 1 = 14 - 1 = 13 (m). Tuyến cống được bố trí bên trái đập.Tháp van nếu bố trí lùi vào trong thân đập thì điều kiện làm việc của tháp tốt hơn như lún ít chênh lệch so với bộ phận thân cống vì lực chịu tương đối đều, tháp tránh được sóng gió, cầu công tác giảm được chiều dài, song bộ phận phía trước cống làm việc có áp, khó kiểm tra tu sửa, yêu cầu nối tiếp tháp với đập phải tốt, tránh gây thấm ở mặt tiếp xúc, bất lợi cho sự làm việc của đập. Ngược lại nếu ta bố trí tháp van ở về phía chân đập. Do vậy vị trí tháp van bố trí ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. Từ vị trí đặt cống, cao trình đặt cống sơ bộ ở trên ta xác định được các chiều dài của cống như sau : Chiều dài đoạn cống trước cửa van : L1 = 31 (m). Chiều dài đoạn cống sau cửa van : L2 = 91 (m). Tổng chiều dài cống : L = 102 (m). Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính toán thủy lực sau này. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 118 Ngành Công trình 11.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống. Kênh hạ lưu cống có nhiệm vụ dẫn nước từ hạ lưu cống đến khu tưới, kênh hạ lưu được thiết kế sao cho đảm bảo dẫn được lưu lượng tưới đồng thời vẫn đảm bảo làm việc an toàn, không bị xói lở. Kênh hạ lưu được thiết kế trước để làm căn cứ cho tính toán thuỷ lực cống. 11.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh : Mặt cắt kênh hạ lưu cống được tính toán với lưu lượng thiết kế Q tức lưu lượng dùng nước lớn nhất, theo tài liệu đã cho Q = QTK = 0,58 m3/s. - Độ dốc đáy kênh : Kênh lấy nước từ hồ chứa, địa hình tuyến kênh không dốc lắm theo TCVN 4118-1985 độ dốc đáy kênh ( từ 1/3000÷1/5000) chọn i = 2,5 .10- - Căn cứ vào điều kiện địa chất tuyến kênh đi qua là đất sét pha ta sơ bộ chọn các chỉ tiêu thiết kế như sau : - Mặt cắt kênh có dạng hình thang, hệ số mái kênh m = 1,5. - Độ dốc đáy kênh i = 2,5.10-4. - Độ nhám lòng kênh n = 0,025 11.2.1.1 Xác định bề rộng đáy kênh b và chiều sâu mực nước trong kênh h : Để xác định bề rộng đáy kênh b và chiều sâu mực nước trong kênh h ta có thể giải theo trình tự như sau : + Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức : Vkx = K.Q0,1 (m/s) (11-1) Trong đó : K- Hệ số phụ thuộc đất lòng kênhvới đất cát pha vừa K = 0,62. Q- Lưu lượng thiết kế của kênh, Q = 0,58 (m 3/s). ⇒ Vkx = 0,62.0,580,1 = 0,59 (m/s). + Sơ bộ xác định chiều cao h0 theo công thức kinh nghiệm : h = 0,5(1 + Vkx). 3 Q (11-2) = 0,5.(1 +0,59). 3 0,59 = 0,67 (m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 119 Ngành Công trình + Có Q, h xác định b theo phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực : f(R ln ) = 4.m . i 0 = 0,2296 . Q ⇒ Rln = 0,4354 (m). h 0,67 Lập tỷ số : R = 0,4354 = 1,54 , với m = 1,5 ⇒ Tra phụ lục 8-3 ( Bảng tra ln b thuỷ lực ) ta được R = 3,2664 . ln b ⇒ b = R ln .( R ) = 0,4354.3,2664 = 1,422 (m) . ln Chọn b = 1,5 (m) . Tính lại chiều sâu mực nước trong kênh h. Lập lại tỷ số : b 1,5 = = 3,45 . R ln 0,4354 h Tra phụ lục 8-3 ( Bảng tra thuỷ lực ) ta được R = 1,51 . ln h => h = R ln .( R ) = 0,4354.1,51 = 0,66 (m). ln 11.2.1.2 Kiểm tra tính hợp lý của mặt cắt : Kênh có mặt cắt hợp lý nếu tỷ số Ta có b = 0,5 ÷ 2 . h b 1,5 = = 2,27 → Không thoả mãn điều kiện khống chế ở trên. Do vậy ta h 0,66 phải định lại chiều rộng đáy kênh b rồi tính lại chiều sâu dòng nước trong kênh h tương ứng. Giả thiết lại chiều rộng đáy kênh là 1,2 m. Ta có : b 1,2 = = 2,76 R ln 0,4354 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 120 Ngành Công trình h → Tra phụ lục 8-3 ( Bảng tra thuỷ lực ) ta được R = 1,634 . ln => h h = R ln .( R ) = 0,4354.1,634 = 0,71 (m). ln => b 1,2 = = 1,7 → Thoả mãn điều kiện khống chế ở trên. h 0,71 11.2.2 Kiểm tra điều kiện không xói : Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa, hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ nên không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng nhưng cần phải kiểm tra điều kiện xói lở. Điều kiện kênh không bị xói là : Vmax < Vkx (11-3) Trong đó : Vkx - lưu tốc không xói trong kênh, Vkx = 0,59 (m/s). Vmax - lưu tốc lớn nhất trong kênh; V max được xác định ứng với lưu lượng : Qmax = K.Q. Q- lưu lượng thiết kế của kênh, Q = 0,58 (m3/s). K- hệ số phụ thuộc vào Q, có thể lấy K = 1,2. ⇒ Qmax = K.Q =1,2.0,58 = 0,696 (m3/s). Để xác định Vmax khi đã biết Qmax và mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu mực nước h tương ứng trong kênh bằng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. Ta có : f(R ln ) = 0,1913 . b 1,20 ⇒ Rln = 0,4662 (m) → R = 0,4662 = 2,574 . ln h => R = 1,671 ln SVTH: Nguyễn Ngọc Hải h → h = R ln .( R ) = 0,78 (m). ln Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 121 Ngành Công trình 3 Như vậy với Qmax = 0,696 (m /s) ta xác định được độ sâu tương ứng trong kênh là : h = 0,78 (m). ω = (b + m.h).h = (1,2 + 1,5.0,78).0,78 = 1,85 (m2). Từ đó ta có : Vmax = Q max 0,696 = = 0,38 (m/s). ω 1,85 ⇒ Vmax = 0,38 < Vkx = 0,59 (m/s) ⇒ thoả mãn điều kiện không xói. Vậy các thông số của kênh hạ lưu cống được thiết kế như sau : - Bề rộng đáy kênh : bk =1,2 m. - Độ dốc lòng kênh : i = 2,5.10-4. - Hệ số mái kênh : m = 1,5. - Hệ số nhám : n = 0,025. - Cao trình đáy đầu kênh : Zđáy kênh = Zkc – h = 13,5 – 0,71 = 12,79 (m). - Cao trình bờ kênh : Zbờ = Zkc + a ( a là hệ số an toàn , a = 0,5 m ) Zbờ = 13,5 + 0,5 = 14 (m). - Chiều rộng bờ kênh : bbờ = 1 (m). 11.2.3 Tính độ sâu dòng chảy trong kênh ứng lưu lượng QTK Độ sâu dòng đều trong kênh được xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực (như đã trình bày ở trên). Ứng lưu lượng ta xác định được độ sâu dòng đều tương ứng trong kênh. với Q = 0,58(m3/s) => ho = 0,71 11.3 Tính toán thuỷ lực cống. 11.3.1 Xác định lưu lượng thiết kế cống : Khi xác định lưu lượng thiết kế cống cần xét về hai yêu cầu : lưu lượng cần tưới và lưu lượng cần xả nước trong khi thi công. 11.3.1.1 Lượng nước cần cho tưới : Căn cứ vào lượng nước yêu cầu ở hạ lưu ta xác định được lưu lượng cần tưới. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 122 Ngành Công trình Khi thiết kế, ngoài việc tính diện tích tưới trong phạm vi hiện có, ta còn phải xét tới khả năng tưới có thể mở rộng sau này. Ngoài ra còn phải xét đến lượng nước duy trì mực nước ở hạ lưu đảm bảo điều kiện về môi trường sinh thái, cung cấp nước sinh hoạt cho hạ lưu … . 11.3.1.2 Tính lưu lượng xả lũ trong khi thi công : Trong thời gian thi công cần dùng cống ngầm để xả lũ thì phải xét đến khả năng xả lũ của nó, lưu lượng xả lũ tính theo tiêu chuẩn xả lũ khi thi công (lấy với lượng mưa ngày lớn nhất với tần suất 10% trong thời kỳ thi công), và thường giả thiết dòng chảy của lượng mưa lớn nhất trong một ngày được tháo đi đều đặn trong 24 giờ. 11.3.1.3 Nếu cống cần xả lũ hoặc yêu cầu tháo vợi hồ chứa trong một thời gian nhất định : thì lưu lượng thiết kế cần phải căn cứ vào nhiệm vụ xả lũ do cống đảm nhiệm hoặc thời gian tháo vợi dung tích hồ chứa để quyết định. Căn cứ vào tài liệu thiết kế đã cho, với nhiệm vụ được giao, lưu lượng tính toán thiết kế cống là : QTK = 0,58 m3/s. 11.3.2 Tính toán khẩu diện cống : 11.3.2.1 Trường hợp tính toán : Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng lấy tương đối lớn. Ta tính với trường hợp MNC ở thượng lưu, còn hạ lưu lấy với mực nước khống chế đầu kênh tưới, Z kc = 13,5 m. Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu khi đó là : ΔZ = MNC − Z kc = 14,0 − 13,5 = 0,5 (m). (11-4) 11.3.2.2 Sơ đồ tính toán : Trong trường hợp lấy đủ được lưu lượng thiết kế Q tk với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ thì lúc này cửa van được mở hoàn toàn. Sơ đồ tính toán thủy lực xác định khẩu diện cống như sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 123 Z1 Zp ZL h2 Zv Ngành Công trình h1 Z2 d hh HHình 11-1 : Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định khẩu diện cống. Trong đó : Z1 - tổn thất cột nước ở cửa vào. Zp - tổn thất do khe phai. ZL- tổn thất qua lưới chắn rác. Zv - tổn thất qua tháp van. Z2 - tổn thất ở cửa ra. h1: độ sâu dòng chảy đều trong cống. 10.3.2.3 Tính bề rộng cống bc : Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực nước thượng lưu [∆Z] đã khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện : Trong đó : Ở đây : ∑ Z ≤ [ ΔZ] i (11-5) ∑ Zi = Zl + Zp + ZL+ Z v + Z2 + i.L (11-6) i : Độ dốc dọc cống. L : Tổng chiều dài cống, L = 102 m. Trị số bc được xác định bằng phương pháp giải đúng dần (hay phương pháp đồ thị) : - Ta giả thiết các giá trị bc. - Với mỗi trị số bc, ta xác định các tổn thất cột nước dọc theo chiều dài cống (tính toán ngược từ hạ lưu lên), sau đó tính tổng tổn thất ΣZi , lập quan hệ bc~ ΣZi. Từ [∆Z] tra quan hệ ta tìm được bc. Trình tự tính toán cụ thể như sau : * Tính tổn thất ở cửa ra : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 124 Ngành Công trình Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, khi đó : Z = 2 Q2 2.g.(ϕ .b .h ) 2 n b h Trong đó : − α. Vb2 (11-7) 2.g bb : Bề rộng cuối cống lấy bằng bề rộng cuối bể tiêu năng chính là bằng bb = bk = 1,2 (m). hh : Chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán QTK ta có: hh = 0,71 (m). Xác định ϕn: phụ thuộc hệ số lưu lượng m .Căn cứ vào điều 3.7 QP.TL.C-8-76 ( trang 30 ) với đập tràn đỉnh rộng có ngưỡng vuông cạnh ta sơ bộ lấy m = 0,35. Tra theo bảng 12 ( trang 43 ) cùng qui phạm trên ta được ϕn = 0,96 Vb : Lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng. Vb= Q Q = b b .h b b .(h + d) b (11-8) Giả thiết trước chiều sâu bể tiêu năng d = 0,5 m. => Tổn thất ở cửa ra Z2. * Tổn thất dọc đường : Coi dòng chảy trong cống là dòng đều với độ sâu : h1 = h h + Z 2 (11-9) Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống là i.L với độ dốc i là độ đốc dọc cống xác định như sau :  Q i =   ω.C. R    Trong đó : ω = b c .h1 ; R = 2 (11-10) ω 1 1 ; χ = b c + 2.h1 ; C = .R 6 . χ n n : hệ số nhám của lòng cống, với bê tông chọn n = 0,014. => Tổn thất dọc đường i.L. * Tổn thất qua khe van : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 125 Ngành Công trình Tổn thất qua khe van được tính theo công thức α.Vv2 Z1v = ξ v . 2.g (11-11) Ở đây ta bố trí có 2 khe van (một khe van sửa chữa , một khe van công tác). Do đó tổng tổn thất qua 2 khe van là : α.Vv2 Z v = 2.ξ v . 2.g Trong đó : - Vv : Lưu tốc dòng chảy ngay sau cửa van, ở đây ta coi dòng chảy trong cống là dòng đều với độ sâu h 1 nên có thể coi chiều sâu dòng chảy ngay sau cửa van là hv = h1. Vv = Q Q Q = = ω b c .h v b c .h1 (11-12) - ξv : Hệ số tổn thất qua khe van xác định theo quy phạm “Tính toán thuỷ lực cống dưới sâu QPTL C-1-75”. + bv ≤ 0,1 ⇒ Lấy ξv = 0,05. bc + bv ≥ 0,2 ⇒ Lấy ξv = 0,1. bc bv ≤ 0,2 => Nội suy ở 2 giá trị trên. + 0,1 ≤ bc (bv : Bề rộng khe van bv = 0,25 ÷ 0,3 m; Chọn bv = 0,3 m) => Tổn thất qua khe van Zv. * Tổn thất qua lưới chắn rác : Tổn thất qua lưới chắn rác tính theo công thức : α.VL2 ZL = ξ L . 2.g (11-13) Trong đó : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 126 Ngành Công trình - ξL : Hệ số tổn thất qua lưới : ξ L t 4 = β.sinθ.( ) 3 b (11-14) +β : Hệ số phụ thuộc vào cấu trúc tấm lưới chắn rác. Lưới làm bằng thanh tròn. Tra phụ lục III trang 122 “ Bài tập và đồ án môn học trạm bơm ” ⇒ β = 1,79. + t : Độ dày của tấm lưới (mm), t = 10 mm. + b : Khoảng trống (mm), b = 100 mm. + α : Góc nghiêng lưới chắn rác α = 750. ZL t b ° 75 Hình 11-2 :Xác định tổn thất qua lưới chắn rác. 4  10  3 0 ξ L = 1,79.sin75 . = 0,08 .  100   - VL : Vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác (m/s). VL = Q Q Q = = ω L b c .h b c .(h1 + Z v ) 2 (11-15) => Tổn thất qua lưới chắn rác ZL. * Tổn thất qua khe phai : Tổn thất cột nước qua mỗi khe phai được tính theo công thức : α.Vp2 Z1p = ξ p . 2.g (11-16) Theo cách bố trí ta có 2 khe phai. Do đó tổng tổn thất qua cả 2 khe phai là : Z p = 2.ξ p . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải α.Vp2 2.g Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 127 Ngành Công trình - ξ p : là hệ số tổn thất đối với khe phai, xác định tương tự như đối với khe van. - Vp : Vận tốc dòng chảy ngay sau khe phai. Vp = Q Q Q = = ω p b .h p b c .(h + Z + Z ) c 1 v L (11-17) => Tổn thất qua khe phai Zp. * Tổn thất cửa vào : Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. Z = 1 Q2 2.g.(ε.ϕ .ω ) 2 − α.. V02 (11-18) 2.g Ta thiết kế đoạn cửa vào thu hẹp từ 2.bc đến bc, chiều dài đoạn thu hẹp bằng 1,25 bc .=> cotgθ = 1,25b c b = 2,5 β = c = 0,5 0,5b c 2.bc Tra bảng 12 QP.TL.C-8-76 ( trang 43 ) với m = 0,36 được ϕ = 0,96. ϕ: Hệ số lưu tốc ở cửa vào, tra bảng 12 QPTL C8-76 khi chọn m = 0,36 ta được ϕ = 0,96. ε : Hệ số co hẹp bên ở cửa vào, ở đây nước được dẫn ngay từ hồ vào nên ta có thể lấy ε = 1. ωcv : Diện tích mặt cắt ướt tại ngay sau cửa vào. ωcv = bc.hcv = bc.( h1 + Zv + ZL + Zp ) (11-19) V0 : Lưu tốc tới gần tính theo công thức : V0 = Q Q = ω b c .(h + Z v + Z L + Z p ) 1 (11-20) => Tổn thất tại cửa vào Z1. - Với các giá trị của bc đã giả thiết ta có kết quả thể hiện ở bảng 11-1. Vẽ quan hệ giữa bc ~ ∑ Zi ta được : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 128 Ngành Công trình Hình 11 – 3: Đồ thị quan hệ bc~ ∑ Zi Từ quan hệ trên hình 11 – 3, có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống khống chế [∆Z] = 0,5 m ta tra được giá trị bc = 0,8 (m). Mặt khác theo điều kiện cấu tạo cần khống chế b c ≥ 1 ÷ 1,2 m để tiện kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo điều kiện thi công. Khẩu diện cống bc thuận lợi cho việc chuẩn hoá và khả năng lắp lẫn khi cần thiết quy định trong điều 7.4 TCXDVN 285-2002. Do vậy ta chọn bc = 1 (m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 129 Ngành Công trình B¶ng 11-1: TÝnh to¸n khÈu diÖn cèng TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 bc 0.5 0.6 0.65 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 Lu lượng Qtk = 0.58 m3/s ChiÒu s©u mùc níc h¹ lu: hh = 0.71 m HÖ sè nh¸m: n = 0.025 Z2 hh+Z2 R C ω χ 0.017 0.727 0.363 1.953 0.186 30.222 0.017 0.727 0.436 2.053 0.212 30.896 0.017 0.727 0.471 2.102 0.224 31.174 0.017 0.727 0.560 2.224 0.252 31.786 0.017 0.727 0.654 2.353 0.278 32.313 0.017 0.727 0.727 2.453 0.296 32.658 0.017 0.727 0.799 2.553 0.313 32.961 0.017 0.727 0.872 2.653 0.329 33.229 0.017 0.727 0.945 2.753 0.343 33.468 0.017 0.727 1.017 2.853 0.357 33.683 0.017 0.727 1.090 2.953 0.369 33.878 0.017 0.727 1.163 3.053 0.381 34.055 0.017 0.727 1.235 3.153 0.392 34.216 0.017 0.727 1.308 3.253 0.402 34.365 0.017 0.727 1.381 3.353 0.412 34.501 0.017 0.727 1.453 3.453 0.421 34.627 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải i 0.0150 0.0087 0.0070 0.0042 0.0027 0.0020 0.0015 0.0012 0.0010 0.0008 0.0007 0.0006 0.0005 0.0004 0.0004 0.0003 iL 1.5146 0.8816 0.7034 0.4257 0.2737 0.2036 0.1563 0.1231 0.0990 0.0811 0.0675 0.0569 0.0485 0.0418 0.0364 0.0319 Lớp: 47LT ZV 0.026 0.018 0.015 0.011 0.008 0.006 0.005 0.005 0.004 0.003 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 Zl 0.010 0.007 0.006 0.004 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 Zp 0.012 0.008 0.007 0.005 0.004 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 Z1 0.113 0.074 0.061 0.037 0.023 0.016 0.011 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.002 0.002 0.001 Σzi 0.177 0.124 0.106 0.074 0.054 0.045 0.038 0.034 0.030 0.028 0.026 0.025 0.023 0.023 0.022 0.021 Σzi+iL 1.692 1.006 0.809 0.500 0.328 0.248 0.194 0.16 0.129 0.109 0.093 0.081 0.072 0.064 0.058 0.053 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 130 Ngành Công trình 11.3.2.4 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống : * Chiều cao mặt cắt cống : Hc = h 1 + ∆ (11-21) Trong đó : h1 : là độ sâu dòng chảy trong cống, trên hình 11-1 : h1 = hh + Z2 = 0,71 + 0,017 = 0,73 (m). ∆ : là độ lưu không, có thể chọn từ 0,5 ÷ 1 m. Ở đây ta chọn ∆ = 1 m. => Hc = h1 + ∆ = 0,73 + 1 = 1,73 (m). Ngoài ra Hc cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, thường khống chế H c ≥ 1,6 m để tiện kiểm tra sửa chữa và phù hợp với TCXDVN 285-2002. Do đó ta chọn Hc = 1,75 (m). * Cao trình đặt cống : Cao trình ngưỡng cống được lựa chọn phải thỏa mãn điều kiện đảm bảo cung cấp nước tự chảy ổn định trong mọi trường hợp, ngưỡng cống không bị ngập trong bùn cát và trần cống tại vị trí cửa vào thấp hơn MNC từ (0,5÷1)m. Vậy cao trình ngưỡng cống phải thỏa mãn: + Cao trình đáy cống cửa vào: Zcv = ∇MNC – h1 – ∑Zi (11-22) Trong đó: ∇MNC: cao trình mực nước chết. h1: độ sâu dòng đều trong cống khi tháo Qtk h1 = 0,73 m ∑Zi: tổng tổn thất cục bộ ở cửa vào, khe phai, lưới chắn rác, khe van khi tháo Qtk ∑Zi = 0,016 +0,003 + 0,003 + 0,006 = 0,028 m. → Zcv = 14,0 – 0,73 – 0,028 = 13,24 m + Cao trình đáy cống ở cửa ra: Zcr = Zcv – i.L = 13,24 – 0,2056 = 13,04(m). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải (11-24) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 131 Ngành Công trình Vậy từ các kết quả tính toán trên ta chọn : Zcv = +13,24 m Zcr = +13,04 m. 11.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng. 11.4.1 Trường hợp tính toán : Khi mực nước thượng lưu cao chỉ mở một phần cửa van để lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lượng của dòng chảy lớn, dòng chảy ngay sau cửa van thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước chảy. Do đó cần tính toán để : Kiểm tra xem nước nhảy có xảy ra trong cống không, thường với mực nước thượng lưu cao, cần khống chế cho mực nước trong cống để tránh rung động bất lợi. Còn với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ nguy kiểm không đáng kể. Theo tài liệu tính toán ứng với mực nước thượng lưu là MNDBT thì lưu lượng lấy lớn nhất thiết kế là Qmax = 0,58 (m3/s). 11.4.2 Sơ đồ tính toán : MNDBT H1 a Z2 hc hr L2 d Lb Hình 11-4 : Sơ đồ tính toán thủy lực cống khi thượng lưu là MNDBT. 10.4.3 Trình tự tính toán : Với mỗi cấp lưu lượng ta đều tính toán với trình tự sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT hh Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 132 Ngành Công trình 11.4.3.1 Xác định độ mở cống (a) : Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ : Q = ϕ .α .a.b. 2g.(H '0 − α.a) Trong đó : (11-25) ϕ- hệ số lưu tốc, tra bảng 15-1 Bảng tra thuỷ lực đối với trường hợp chảy từ các lỗ ở đáy ta được ϕ = 0,95. α- hệ số co hẹp đứng, α = f(a/H). H0’- cột nước tính toán trước cửa van. H0 ’ = H0 - h w hw - tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến vị trí cửa van. hw = Z1 + Zp + ZL + i.L1 H0 = H + α.V02 2.g V0- lưu tốc tới gần. Vì mực nước cao và được dẫn trực tiếp vào từ hồ chứa nên ta bỏ qua lưu tốc tới gần, V0 = 0. => cv H0 = H = MNDBT - ∇ dc = 24,24– 13,24 = 11,0 (m). Xác định a bằng cách sử dụng bảng quan hệ Jucôpki (GTTL tập II) như sau : Tính F(τc) : F(τ c ) = Q ϕ .b c .H 'o 3/2 (11-26) Có F(τ c ) tra bảng 16-1 (Các bảng tính thủy lực) ta được các giá trị a và α, từ H đó ta có : h a a = ( ).H '0 ; hc = α.a ; τ c = c' H0 H (11-27) Với a và α như trên thay vào (10-25) ta được giá trị Qtt. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 133 ∆Q = Tính sai số : Với : Ngành Công trình Q - Q tt .100% . Q Q : Lưu lượng thực tế cần lấy. tt Q : Lưu lượng tính toán ứng với độ mở a. - Nếu ∆Q ≤ 5 % thì độ mở cống tính toán được là hợp lý. - Nếu ∆Q > 5 % cần phải các định lại độ mở cống a. Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 10 –2. Q (m3/s) 0.58 Bảng 11-2 : Tính toán độ mở cống a ứng với từng cấp lưu lượng. ϕ = 0.95 bc = 1 m H = 11.24 m F(τc) α hw Ho' a/H a hc Qtt (m) (m) (m) (m) (m3/s) 0.08 11.156 0.02 0.611 0.006 0.0692 0.04 0.59 ∆Q (%) 2.29 11.4.3.2 Kiểm tra trạng thái chảy trong cống : Kiểm tra trạng thái chảy trong cống, ta vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr. Để vẽ được đường mặt nước trong cống ta phải xác định được các đại lượng : độ sâu dòng đều trong cống h0, độ sâu phân giới hk, và độ sâu co hẹp hc. * Xác định dạng đường mặt nước : Định tính : - Xác định độ sâu dòng đều trong cống : Phương pháp tính toán : dùng phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực : Tính f(Rln) = 4m 0 . i Q (11-28) Tra phụ lục (8 - 1) -Bảng tra thủy lực ta có được Rln. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Lập tỷ số Trang 134 Ngành Công trình b h , tra phụ lục (8 - 3) bảng tra thủy lực ta có . R ln R ln  h  R ln Suy ra độ sâu dòng đều : h0 =   .R ln .  (11-29) - Xác định hk : hk = 3 α.q 2 g Trong đó : q = Q . bc (11-30) Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 10-3. Q (m3/s) 0.58 Bảng 11-3 : Tính toán định tính đường mặtt nước trong cống. i = 0.0006 n = 0.014 bc = 1.0 m hc f(Rln) Rln b/Rln h/Rln ho hk Ghi chú (m) (m) (m) (m) 0.04 0.3462 0.3003 3.33 2.424 0.728 0.325 Đường CI Từ kết quả tính toán ta thấy h c < hk < h0 nên dạng đường mặt nước sau cửa van là đường nước dâng CI. Định lượng xác định đường mặt nước trong cống : Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C cách cửa van một đoạn l = 1,4.a có chiều sâu co hẹp hc đến cửa ra của cống. Chiều dài đoạn cống từ mặt cắt co hẹp C–C đến cửa ra của cống là : Lc = L2 – 1,4.a (11-31) Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. - Khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết là : ∆L = Δ∋ i− j (11-32) Trong đó : + ∆ ∋ - Năng lượng đơn vị giữa 2 mặt cắt có độ sâu hi và hi+1. ∆ ∋ = ∋2 - ∋1. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 135 ∋i = hi + với : Ngành Công trình 2 i α.V 2g αV22 α.V12 → ∆ ∋ = (h2 + ) - (h1 + ). 2.g 2g + j = J 2 + J1 2 ;  Vi  Ji =    C i . R i  (11-33) 2 (11-34) Nuớc nhảy trong cống không sảy ra khi thỏa mãn đồng thời hai điều kiện : hr < hk hr < hh’ – P2 Trong đó : hh’ là độ sâu liên hiệp với hh  h h  ' h = . 1 + 8 k 2   hh  3    − 1    P2 chênh lệch cao trình cuối cống và cao trình đầu kênh. Chọn P2 = 0 Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với lưu lượng được thể hiện trong các bảng 11-4 Từ bảng kết quả tính tính toán đường mặt nước trong cống ta thấy : Với tất cả lưu lượng tính toán, chiều dài của đường nước dâng CI tính từ mặt cắt co hẹp C-C đến vị trí có độ sâu bằng độ sâu phân giới h k là Lk đều nhỏ hơn chiều dài đoạn cống tính từ vị trí co hẹp C-C đến cửa ra của cống L c và Lk giảm dần khi lưu lượng qua cống giảm dần. => Kết luận : Với mọi cấp lưu lượng qua cống thì đều có nước nhảy trong cống. 10.4.3.3 Xác định vị trí nước nhảy trong cống : * Mục đích : Xác định vị trí nước nhảy trong cống nhằm xác định xem nước nhảy có chạm trần cống hay không để từ đó có các biện pháp xử lý thích hợp. - Nước nhảy chạm trần cống, trường hợp này rất nguy hiểm do khi nước nhảy chạm trần cống sinh ra chân không tại vùng có nước nhảy gây rung động lớn làm mất an toàn cho cống. Nếu gặp trường hợp này thì có các biện pháp xử lý sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 136 Ngành Công trình + Thay đổi độ dốc đáy cống để đẩy nước nhảy ra khỏi cống. + Dịch vị trí tháp van về phía hạ lưu để đẩy nước nhảy ra khỏi cống. + Tăng chiều cao trần cống để nước nhảy không chạm trần cống. - Nước nhảy không chạm trần cống : trường hợp này ít nguy hiểm hơn nên có thể chấp nhận để nước nhảy trong cống mà không cần có biện pháp xử lý đặc biệt, chỉ cần gia cố tốt các khớp nối tại vị trí có nước nhảy. * Nguyên tắc : Vận dụng lý luận về sự nối tiếp. Trước nước nhảy là một đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI bắt đầu từ mặt cắt co hẹp có độ sâu h c đến mặt cắt I – I có độ sâu h’. Sau nước nhảy là đoạn chảy êm theo đường nước hạ b I bắt đầu từ mặt cắt II-II có độ sâu h” và tận cùng ở cửa ra có độ sâu hr. * Sơ đồ tính toán : I II CI'' CI' Hc bI h'' hc CI a r hr hk h' d Lb L2 I hh II r Hình 11-5 : Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống. - Vẽ đường mặt nước CI bắt đầu từ mặt cắt ( C-C ) có độ sâu h c đến mặt cắt có độ sâu hk. Trên đường nước dâng CI ta dựng một số mặt cắt => ta có các giá trị độ sâu tương ứng h1’, h2’ .... - Lấy đó làm các giá trị độ sâu liên hiệp trước nước nhảy, tính chiều sâu liên hiệp sau nước nhảy và chiều dài nước nhảy tương ứng theo các công thức sau :  h'  α.q 2 h = . 1 + 8 '3 − 1 2  gh  '' ln = 4,5.h” (11-35) (10-36) - Từ đó dựng được đường CI’ liên hiệp với đường nước dâng CI. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 137 Ngành Công trình - Ứng với mỗi cặp (hi”; ln i) ta xác định được một điểm d i , nối các điểm di lại ta có đường CI”. - Có chiều sâu nước trong kênh hạ lưu tại cửa ra, dùng phương pháp cộng trực tiếp vẽ đường mặt nước từ hạ lưu lên => ta có đường nước đổ bI. kết quả tính toán bảng 11-5 - Đường CI” và đường bI cắt nhau tại O => O là vị trí sau nước nhảy mà ta cần xác định. - Với vị trí O đã xác định ta có chiều sâu h 0” => tính độ sâu liên hiệp trước nước nhảy h0’ và chiều dài nước nhảy Ln 0 => ta xác định được vị trí trước nước nhảy L. Ta tính toán xác định vị trí nước nhảy với lưu lượng trên. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 139 Ngành Công trình Bảng 11-4 : Tính toán đường mặt nước trong cống với cấp lưu lượng Q = QTK. ChiÒu réng cèng bc = 1 (m) §é nh¸m lßng dèc n = 0.014 Lu lượng qua cèng = 0.58 3 (m /s) §é s©u ph©n giíi hk = 0.325 (m) ChiÒu dµi ®o¹n cèng Lc = 90.90 (m) §é s©u dßng ®Òu ho = 0.728 (m) §é s©u co hÑp hc 0.04 (m) jtb i-jtb ∆L (m) 69.77 -69.77 5.00 §é dèc cèng i M/C 1 b (m) 1 h (m) 0.040 w (m2) 0.04 = X (m) 1.08 0.002 R (m) 0.04 C 41.24 V (m/s) 91.00 E (m) 422.11 ∆E (m) = j 131.469 -348.86 2 1 0.096 0.10 1.19 0.08 46.95 37.88 73.25 8.080 -29.33 3 1 0.124 0.12 1.25 0.10 48.62 29.31 43.92 4 1 0.151 0.15 1.30 0.12 49.88 24.10 1 0.177 0.18 1.35 0.13 50.90 20.52 1 0.204 0.20 1.41 0.14 51.76 17.87 29.76 1 0.230 0.23 1.46 0.16 52.49 15.82 1 0.257 0.26 1.51 0.17 53.14 14.18 21.63 1 0.284 0.28 1.57 0.18 53.72 12.83 1 0.325 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 0.33 1.65 0.20 54.48 11.20 5.00 16.48 20.00 1.03 -1.03 5.00 0.824 12.99 25.00 0.70 -0.70 5.00 0.577 10.51 30.01 0.50 -0.50 5.00 0.37 -0.37 5.00 0.420 8.68 35.01 0.315 -1.96 10 -1.62 1.241 -1.83 9 5.00 15.00 1.63 -2.48 8 -2.83 2.013 -3.49 7 5.00 10.00 2.83 -5.15 6 -5.87 3.654 -8.13 5 5.00 5.87 -14.16 6.72 Lớp: 47LT 40.01 0.26 0.215 ∑L (m) 0.00 -0.26 7.45 47.46 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 140 Ngành Công trình Bảng 11-5 : Đường nước hạ bI với cấp lưu lượng Q =QTK. lu lượng qua cèng: Q = ChiÒu dµi cèng tÝnh tõ mÆt c¾t co hÑp ®Õn cöa ra: Lc = §é dèc ®¸y cèng: i = §é nh¸m lßng cèng: n = §é s©u dßng ch¶y h¹ lu hh = §é s©u ph©n giíi: hk = bc 1.0 h 0.710 χ 2.420 ϖ 0.710 R 0.293 C 58.225 V 0.817 V2/2g 0.034 E 0.7440 1.0 0.725 2.450 0.725 0.296 58.308 0.800 0.033 0.7575 0.58 90.90 0.002 0.014 m3/s m 0.71 m 0.325 m ∆Ε j 0.0007 0.0135 0.740 2.480 0.740 0.298 58.389 0.784 0.031 0.7713 0.755 2.511 0.755 0.301 58.470 0.768 0.030 0.7854 0.771 1.0 0.787 1.0 1.0 1.0 1.0 0.803 0.819 0.836 0.854 2.542 0.000 2.574 0.000 2.606 0.000 2.638 0.000 2.671 0.000 2.707 0.771 0.303 58.549 0.752 0.029 0.7998 0.787 0.306 58.626 0.737 0.028 0.8145 58.703 0.722 0.027 0.8294 0.310 58.777 0.708 0.026 0.8447 0.313 58.851 0.694 0.025 0.8601 0.315 2.538 0.680 0.024 0.8770 0.0004 Σ∆L' : kho¶ng c¸ch tõ mÆt c¾t cöa ra ®Õn c¸c mÆt c¾t tÝnh to¸n. Ltr : Kho¶ng c¸ch tõ mÆt c¾t co hÑp C-C ®Õn c¸c mÆt c¾t tÝnh to¸n. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải 10.00 0.0006 0.0014 10.00 0.0006 0.0014 10.00 0.0005 0.0015 10.00 0.0005 0.0015 10.00 0.0005 0.0015 10.00 0.0005 0.0015 10.00 0.0004 0.0016 10.90 0.0004 0.0170 0.854 0.0014 0.0005 0.0154 0.836 0.0006 0.0005 0.0152 0.819 10.00 0.0005 0.0150 0.308 0.0013 0.0005 0.0147 0.803 0.0007 0.0006 0.0144 1.0 ∆L' 0.0006 0.0141 1.0 i - jtb 0.0006 0.0138 1.0 jtb Lớp: 47LT Σ∆L' 0 Ltr 90.90 10.00 80.90 20.00 70.90 30.00 60.90 40.00 50.90 50.00 40.90 60.00 30.90 70.00 20.90 80.00 10.90 90.90 0.00 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 141 Ngành Công trình Bảng 11-6 : Xác định độ sâu liên hiệp và chiều dài nước nhảy với cấp lưu lượng Q = QTK = 0,58 m3/s. MC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 bc (m) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 q (m3/s.m) 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 h' (m) 0.040 0.096 0.124 0.151 0.177 0.204 0.230 0.257 0.284 0.325 l (m) 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 47.5 h" (m) 1.290 0.798 0.684 0.603 0.539 0.487 0.443 0.404 0.370 0.325 ln (m) 5.80 3.59 3.08 2.71 2.43 2.19 1.99 1.82 1.66 1.46 l + ln (m) 5.80 8.59 13.08 17.71 22.43 27.19 31.99 36.82 41.66 48.92 Tổng hợp các kết quả tính toán ta xác định được vị trí nước nhảy cụ thể của từng cấp lưu lượng bảng 11-7 Bảng 11-7: Vị trí của nước nhảy ứng với từng cấp lưu lượng Q (m3/s) 0.58 Trong đó : h'' (m) 0.84 L0 (m) 8.20 h' (m) 0.09 Ln 0 (m) 3.76 L (m) 4.44 h’ : Chiều sâu trước nước nhảy. h’’ : Chiều sâu sau nước nhảy. L0 : Khoảng cách từ điểm O đến mặt cắt co hẹp C-C. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 142 Ngành Công trình Ln 0 : chiều dài nước nhảy. L : Khoảng cách từ vị trí bắt đầu nước nhảy đến mặt cắt C-C. 11.4.3.4 Kết luận : Sau khi xác định được vị trí nước nhảy trong cống ta thấy chiều cao nước nhảy lớn nhất là ho’’ = 0,84 (m) ứng với cấp lưu lượng Q = Q max = 0,58 (m3/s) mà chiều cao cống là Hc = 1,75 m. Như vậy : nước nhảy không chạm trần cống, do đó ta chấp nhận có nước nhảy trong cống và phải gia cố tốt các khớp nối trong đoạn có nước nhảy để đảm bảo cho cống làm việc an toàn. 11.4.4 Tính toán tiêu năng : Do có nước nhảy trong cống và dòng chảy được tiêu năng nga trong cống nên ta không cần tính toán tiêu năng mà thiết kế tiêu năng theo điều kện cấu tạo. Sau cống làm bể tiêu năng cấu tạo để dòng chảy ra hạ lưu cống được an toàn. Kích thước bể tiêu năng được chọn như sau : Chiều sâu bể : d = 0,5 m. Chiều dài bể : Lb = 5 m. 11.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống. 11.5.1 Bộ phận cửa vào và cửa ra : Cửa vào và cửa ra phải đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận lợi với thượng và hạ lưu cống. - Cửa vào được bố trí tường hướng dòng hình thức thu hẹp dần. Góc chụm của hai tường là 2θ = 220 Tường cánh được làm bằng BTCT M200, chiều cao tường làm thấp dần theo mái. - Cửa ra : Cửa ra được bố trí được bố trí mở rộng dần từ chiều rộng cống b c = 1 m đến chiều rộng đáy kênh hạ lưu b k = 1,2 m và nối tiếp với kênh bằng bể tiêu năng. Tường hướng dòng ( tường bên của bể tiêu năng ) được làm bằng BTCT M200, chiều cao tường thấp dần từ đỉnh cống xuống bờ kênh. - Sau bể tiêu năng là một đoạn kênh được bảo vệ bằng đá lát khan dày 30 cm với chiều dài đoạn bảo vệ được tính theo công thức của Vưdơgo : Lsn = 0,4. hh n (11-37) Trong đó : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 143 Ngành Công trình n : hệ số nhám lòng dẫn, với đáy là đá xây => n = 0,017. hh : Độ sâu dòng chảy trong kênh hạ lưu, hh = 0,71 m. L sn = 0,4. => 0,71 = 16,71 (m) => chọn Lsn = 20 (m). 0,017 - Sau bể tiêu năng bố trí một đoạn bảo vệ kênh hạ lưu bằng đá xây vữa mác 100, dày 30cm, ở dưới đáy có bố trí lỗ thoát nước. Chiều dài sân sau thứ hai xác định như sau: Theo quy phạm thiết kế cống, chiều dài sân sau được xác định theo công thức: L s = K s . q. ∆H Trong đó: ∆H - Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu cống: ∆H = MNDBT - ∇đk - hh = 24,24 - 13,04 - 0,71 = 10,49(m) Ks - Hệ số phụ thuộc vào chất đất lòng kênh, với đất lòng kênh là á sét: Ks = 6. q - Lưu lượng đơn vị ở cuối bể tiêu năng: q = Q 0,58 = = 0, 483m3 / s b b 1, 2 Thay vào ta có: Ls = 6. 0, 483. 10, 49 = 7,51 (m) Để thuận tiện cho thi công, chọn Ls = 10m. 11.5.2 Thân cống : 11.5.2.1 Mặt cắt thân cống : Cống được làm bằng BTCT M200 đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang của thân cống có dạng khung cứng, phía trong được làm vát góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống được xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo điều kiện : t≥ H [ J] (11-38) Trong đó : H : Cột nước lớn nhất. H = MNDBT – Zcv = 24,24 – 12,24 = 11 (m). [J] : Građiên thấm cho phép của bêtông. [J] = 15. => SVTH: Nguyễn Ngọc Hải t≥ 11 = 0,733 (m) . 15 Lớp: 47LT Trang 144 1. 1: 0 Tuy nhiên nếu lấy theo điều kiện trên thì kích thước cống lớn, khối lượng bê tông cốt thép nhiều. Do đó để giảm khối lượng vật liệu làm cống chọn bề dày cống theo điều kiện thi công và cấu tạo là 0,4m. Do đó chọn t = 0,4 (m). Do t = 0,4 (m) nhỏ hơn yêu cầu chống thấm nên ta xử lý bằng cách ở bên ngoài cống đắp thêm một lớp đất đắp đập được đầp nện kỹ bằng thủ công dày 1m. Ngành Công trình 1: 1. 0 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Hình 10-9 : Cắt ngang thân cống. 11.5.2.2 Phân đoạn cống : Thường cống ngầm nằm dưới đập có chiều dài lớn, do vậy để chánh trường hợp cống bị nứt do lún không đều, cần phân chia dọc theo chiều dài cống thành các đoạn, giữa các đoạn có bố trí các khe nối. Chiều dài mỗi đoạn chọn bằng 12m. Tại khe nối đặt thiết bị chống rò nước. Thiết bị chống rò bằng kim loại, dùng tấm nối ngang. Chi tiết cấu tạo thể hiện trên hình Tại các khe nối có đặt các thiết bị chống rò nước. Thiết bị chống rò làm bằng tấm kim loại phẳng cho tấm đứng và tấm kim loại hình Ω cho tấm nối ngang. Cấu tạo của khớp nối được thể hiện trên hình 11-10. Khớp nối ngang ; Khớp nối đứng Hình 11-10 : Cấu tạo khớp nối cống. 11.5.2.3 Nối tiếp thân cống với nền : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 145 Ngành Công trình Để nối tiếp giữa cống và nền, trước khi đổ bê tông cống ta rải một lớp bê tông lót M100 dày 10 cm ở mặt tiếp xúc giữa cống và nền. 11.5.2.4 Nối tiếp thân cống với đập : Dùng đất sét nền chặt thành một lớp bao quanh cống có bề dày 1m. Tại chỗ nối tiếp giữa hai đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp giữa cống với đập được tốt hơn, đồng thời có tác dụng kéo dài đường viền thấm . 11.5.3 Tháp van : Vị trí đặt tháp van ở giữa mái thượng lưu đập tại mặt cắt dọc cống.Trong tháp có bố trí 1 van công tác và một van sửa chữa. Mặt cắt ngang tháp làm dạng chữ nhật. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 146 Ngành Công trình PHẦN 4 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT. CHƯƠNG 12 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM. 12.1 Mục đích và trường hợp tính toán Mục đích của việc tính toán kết cấu cống ngầm là xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau, để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra hợp lý chiều dày của thành cống, kết cấu của cống ngầm phải đảm bảo về yêu cầu chịu lực và cấu tạo theo cả phương ngang và phương dọc cống. 12.1.1 Mục đích tính toán : Mục đích của việc tính toán kết cấu cống ngầm là xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau, để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra hợp lý chiều dày của thành cống, kết cấu của cống ngầm phải đảm bảo về yêu cầu chịu lực và cấu tạo theo cả phương ngang và phương dọc cống . 12.1.2 Trường hợp tính toán : Tính toán kết cấu cống ngầm nhằm đảm bảo điều kiện ổn định trong mọi trường hợp làm việc, ta thường tính toán trong các trường hợp sau : - Khi công trình mới thi công xong, cống chưa có nước . - Khi công trình làm việc bình thường, mực nước thượng lưu là MNDBT cống mở để lấy nước ứng với lưu lượng thiết kế . - Khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng không lấy nước . - Khi có lực động đất ... . Trong phạm vi đồ án này ta chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt ở giữa đỉnh đập), cho một trường hợp làm việc của cống là trường hợp mực nước thượng lưu là MNLTK, cống đóng . Trong phạm vi đồ án này ta sẽ tính toán kết cấu cống theo phương ngang cống, tính toán cho mặt cắt giữa đỉnh đập. Cống là cống hộp nên ta tính cho 1 m dài của cống . 12.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế 12.2.1 Tài liệu cơ bản : 12.2.1.1 Vị trí và kết cấu cống ngầm : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 147 Ngành Công trình Đáy cửa vào của cống được đặt ở cao trình + 12,34 m, đáy cửa ra của cống được đặt ở cao trình 13,04 m, tổng chiều dài của cống là 102 m . Cống dạng cống hộp, được làm bằng bê tông cốt thép M200 có mặt cắt ngang dạng hình chữ nhật, tại các góc có làm vát để giảm ứng suất tập trung. Mặt cắt ngang có các kích thước như hình 11-1 . 10 10 255 175 180 100 Hình 12-1 : Cắt ngang thân cống. 12.2.1.2 Lực tác dụng lên cống trong trường hợp tính toán : * Các lực tác dụng : Khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng không lấy nước, các lực tác dụng lên cống với mặt cắt giữa đỉnh đập bao gồm : - Trọng lượng bản thân cống . - Áp lực đất . - Áp lực nước bên ngoài cống . * Số liệu và chỉ tiêu tính toán : - Tại mặt cắt tính toán ta có các thông số sau : + Cao trình đặt cống : ∇đặt cống = 13,14 (m). + Cao trình đỉnh cống :∇đỉnh cống = 15,29 (m). + Cao trình đất đắp ( cao trình đỉnh đập ) : ∇đỉnh đập = 29,38 (m). - Đất đắp đập có các chỉ tiêu cơ lý như sau : γk = 1,32 T/ m3. γtn = 1,81 T/ m3. γbh = 1,86 T/ m3. C = 0,38 kg/cm2. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 148 Ngành Công trình ϕ = 16 15'. 0 - Đất nền có các chỉ tiêu cơ lý sau : nền đá, có : + Hệ số ma sát : f = 0,6. + Các đặc trưng chống cắt, f0 = 0,55 ; C = 0,2kg/cm2 = 20 (kN/m2). + Cường độ chịu nén giới hạn : R = 1200 kg/cm2. - Bê tông M200 có : γb = 2,4 T/m3. Rn = 90 daN/cm2. Rk = 7,5 daN/cm2. Eb = 2,4.10-5 daN/cm2. mb = 1,0. - Cốt thép : Dùng cốt thép nhóm CII có : Ea = 2,1.10-6 daN/cm2. Ra = Ra’= 2700 daN/cm2. ma = 1,1. µmin = 0,1%. - Hệ số độ tin cậy kn ( với công trình cấp III ), kn = 1,15. 12.2.2 Yêu cầu thiết kế : Khi tính toán thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu sau : - Công trình và nền của nó phải đảm bảo an toàn về ổn định và biến dạng. - Kết cấu cống phải đủ khả năng chịu lực ( không vượt quá giới hạn về cường độ và ổn định ) trong quá trình làm việc. - Kết cấu cống không vượt quá giới hạn cho phép về biến dạng, khe nứt cho phép [an] trong quá trình làm việc. - Bố trí cốt thép phải hợp lý và kinh tế. 12.3 Xác định các lực tác dụng lên cống. Xét một đoạn cống có chiều dài 1 m, sơ đồ các lực tác dụng lên cống được thể hiện ở hình 11-2. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 149 Ngành Công trình MÆt ®Êt ®¾p Z1 Mùc n¦íc ngÇm p2 q1 q2 q4 p1 q5 t p2' p1' Z2 p1 p2 q5 bc H p1' B p2' q6 q3 r Trong đó : Hình 12-2 : Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên cống. + q1 : áp lực đất trên đỉnh cống. + q2 : áp lực nước trên đỉnh cống. + q3 : áp lực nước dưới đáy cống. + q4 : trọng lượng bản thân tấm nắp trên cống. + q5 : trọng lượng bản thân tấm bên cống. + q6 : trọng lượng bản thân tấm đáy cống. + p1, p1' : áp lực đất bên thành cống. + p2, p2' : áp lực nước bên ngoài tác dụng lên tấm bên cống. + r : phản lực nền. Sau đây ta sẽ lần lượt xác định giá trị các lực trên : 12.3.1 Áp lực đất : 12.3.1.1 Áp lực đất trên đỉnh cống : q 1 = K.∑ γ i .Z i (12-1) Trong đó : + Zi và γi là chiều dày và dung trọng của lớp đất đắp trên đỉnh cống. (Phần trên đường bão hoà tính theo dung trọng tự nhiên, phần nằm dưới đường bão hoà tính theo dung trọng đẩy nổi ). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 150 Ngành Công trình Dựa vào sơ đồ tính thấm qua đập đất với các mặt cắt ở sườn đồi bên phải ta sẽ xác định được đường bão hoà, từ đó xác định được các Zi và γi tương ứng. * Các thông số tính toán : - MNDBT = 24,24 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 13,14 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền không thấm. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). * Sơ đồ tính toán : Hình 12-3 : Sơ đồ tính toán thấm tại mặt cắt cống với MNLTK * Tính toán cụ thể : + Tính toán lưu lượng thấm : Trường hợp này lưu lượng thấm qua đập có thể xác định theo công thức Đupuy dưới dạng : q H 12 − a 02 = k 2L 0 Mặt khác lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu xác định như sau : k.a 0 q= 0,5 + m 2 Trong đó : a0 : độ cao hút nước. q : lưu lượng đơn vị (lưu lượng thấm qua 1m chiều dài của đập). k : hệ số thấm của đập, k = 1,89.10-8 (m/s). m2 : hệ số mái tại vị trí đường thấm thoát ra, m2 = 3 L0 = ∆ L + L – m2.a0. ∆ L : chiều dài quy đổi mái thượng lưu. Theo C.K.Mikhai-lốp ta có : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 151 ΔL = Ngành Công trình m1 .H1 3,5.11,14 = = 4,83 (m). 2.m1 + 1 2.3,5 + 1 H1 : chiều cao cột nước thượng lưu. H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 13,1 = 11,14 (m). L : chiều dài tính từ mép nước thượng lưu đến chân mái hạ lưu, L = 61,38 (m). ta có phương trình sau : a0 H12 − a 02 = 0,5 + m 2 2(∆L + L − m 2 .a 0 ) Đưa phương trình về dạng : (0,5 − m 2 ).a 02 + 2(∆L + L).a 0 − (0,5 + m 2 ).H12 = 0 (0,5 – 3). a 02 + 2.(4,83 + 61,38). a 0 - (0,5+3).11,142 giải ra và chọn nghiệm hợp lý ta được : a0 = 3,42(m). => Lưu lượng thấm qua mặt cắt là : k.a 0 1,89.10−8.3, 42 q= = = 1,8510−8 (m3/s.m). 0,5 + m 2 0,5 + 3,0 + Xác định vị trí đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà theo hệ trục toạ độ Oxy như hình vẽ có dạng sau: y= H 12 − 2.q .x = 11,142 − 1,95.x k Toạ độ các điểm của đường bão hòa TT X(m) Y(m) 1 0 11.14 2 7 10.51 3 14 9.84 4 21 9.12 5 28 8.34 6 35 7.47 7 42 6.50 8 49 5.34 9 57.6421 3.42 => Phương trình đường bão hoà : y = 11,14 2 − 1,95x Ta xác định chiều cao của đường thấm tại mặt cắt giữa mái hạ lưu đập : Xác định khoảng cách từ gốc toạ độ đến mặt cắt giữa đỉnh đập x = 13,52 (m). Thay vào phương trình đường bão hoà ta được : y = 9,89m Cao trình đường bão hoà tại mặt cắt tính toán : ∇đbh = ∇đáy đập + 9,89 = 13,14 + 9,89 = 23,03(m). - Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hoà : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 152 Ngành Công trình Z1 = ∇đỉnh đập -∇đbh = 29,38 – 23,03 = 6,35 (m). - Chiều cao của đường bão hoà đến đỉnh cống : Z2 = ∇đbh - ∇đỉnh cống = 23,03 – 15,29 = 7,74 (m). - Dung trọng tự nhiên của đất đắp đập : γtn = 1,81 (T/m3). - Dung trọng đẩy nổi của đất đắp : γđn = γbh - γn = 1,86 – 1,0 = 0,86 (T/m3). + K : là hệ số tập trung áp lực đất, phụ thuộc vào tính chất đất nền, phương pháp đặt cống, chiều sâu chôn cống và tỷ số H . Trong đồ án này cống được D1 đặt một phần trong nền. Đối với cống cứng thì hệ số K lấy theo bảng 15-4 (Giáo trình thủy công tập II trang 169). Với : H là chiều cao cột đất trên đỉnh cống. H = ∇đỉnh đập - ∇đỉnh cống = 29,38 – 15,29 = 14,09 (m). D1 Chiều rộng của cống, D1 = 1,8 m. => H = 7,83 . D1 → Tra bảng 15-4, với cống đặt trên nền đá ta được K = 1,73. => q1 = 1,73.(1,81.6,35 + 0,86.7,74) = 31,4 (T/m). 12.3.1.2 Áp lực đất hai bên thành cống ( p1, p2 ) : Biểu đồ áp lực 2 bên có dạng hình thang : p1 = q1 tg2(45o – ϕ/2) , ( trên đỉnh ) (12-3) p1’= q1’tg2(45o - ϕ/2) , ( dưới đáy ) Trong đó : + q1’= q1 + γđđ.H = 31,34 + 0,86.2,55 = 33,53 (T/m). + H : chiều cao cống, H = Hc + 2t = 1,75 + 2.0,4 = 2,55 (m). + γđđ Dung trọng đất đắp hai bên thành cống, lấy bằng dung trọng đẩy nổi, γđ = γđn = 0,86 (T/m3). SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 153 16 ) = 17,85 (T/m) . 2 16 o p1' = 33,53.tg 2 (45o − ) = 19,06 (T/m) . 2 p1 = 31,4.tg 2 (45o − => Ngành Công trình o 12.3.2 Áp lực nước : 12.3.2.1 Trên đỉnh cống (q2) : q2 = γn.Z2 = 1,0.7,74 = 7,74 (T/m). (12-4) 12.3.2.2 Hai bên thành cống (p2, p2’) : p2 = γn.Z2 = 1,0.7,74 = 7,74 (T/m). p2’ = γn.(Z2 + H) =1,0.(7,74 + 2,55) = 10,29(T/m). 12.3.2.3 Dưới đáy cống : q3 = γn.(Z2 + H) =1,0.(7,74 + 2,55) = 10,29 (T/m). 12.3.3 Trọng lượng bản thân : 12.3.3.1 Tấm nắp : q4 = γb.tn = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m). (12-5) Với tn là chiều dày nắp cống, tn = 0,4 m. 12.3.3.2 Tấm bên (phân bố theo phương đứng) : q5 = γb.tb = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m). Với tb là chiều dày tấm bên, tb = 0,4 m. 12.3.3.3 Tấm đáy : q6 = γb.tđ = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m) . Với tđ là chiều dày tấm đáy, tđ = 0,4 m. 12.3.4 Phản lực nền r : Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống , thường r không phân bố đều, song trong tính toán ta xem gần đúng là phân bố đều, khi đó : r = q1 + q2 - q3 +q4 + q6 + 2. q 5 . (H − t d − t n ) B r = 31,4 + 7,74 – 10,29 + 0,96 + 0,96 + 2.0,96. (12-6) (2,55 − 0,4 − 0,4) = 32,64 (T/m). 1,8 Với B = bc + 2tb = 1 + 2.0,4 = 1,8 (m). 12.3.5 Sơ đồ lực cuối cùng : 12.3.5.1 Các lực thẳng đứng : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 154 Ngành Công trình - Phân bố trên đỉnh : Tải trọng tiêu chuẩn : qtc = q1 + q2 + q4 = 31,4 + 7,74 + 0,96 = 40,1(T/m). Tải trọng tính toán : q = 1,1.q1 + 1.q2 + 1,05.q4 = 43,29 (T/m). Trong đó : các hệ số 1,1; 1 và 1,05 là các hệ số vượt tải được tra trong bảng 6.1 trang 22 TCXDVN 285 – 2002. - Phân bố hai bên thành : Tải trọng tiêu chuẩn : q5 tc = 0,96 (T/m). Tải trọng tính toán : q5 = 1.05.q5 tc = 1,01 (T/m). - Phân bố dưới đáy : Tải trọng tiêu chuẩn : qn tc = r + q3 – q6 = 32,64 + 10,29 - 0,96 = 41,97 (T/m). Tải trọng tính toán : qn = r + 1.q3 – 1,05.q6 = 41,92(T/m). 12.3.5.2. Các lực nằm ngang : Phân tải trọng ngang làm hai bộ phận, bộ phận đều p, và bộ phận tuyến tính p’. - Bộ phận đều : Tiêu chuẩn : ptc = p1 + p2 = 17,85 + 7,74 = 25,59 (T/m). Tính toán : p = 1,2.p1 +1.p2 = 29,16 (T/m). - Bộ phận tuyến tính : Tiêu chuẩn : p’tc = (p1’ – p1) + (p2’ – p2) = (19,06 -17,85) + (10,29 – 7,74) = 3,79 (T/m). p’ = 1,2.(p1’ – p1) + 1.(p2’ – p2) = 4,04 (T/m). q (T/m) p (T/m) q5 t p' bc = 1 m B = 1,8 m p q5 (T/m) Tính toán : H p' (T/m) qn (T/m) Hình 12-4 : Sơ đồ lực cuối cùng tác dụng lên cống ngầm. Kết quả tính toán nội lực được ghi ở bảng sau : Bảng 12-1 : Giá trị các lực tác dụng lên cống. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư q1(T/m) q2(T/m) q3(T/m) q4(T/m) q5(T/m) q6(T/m) p1(T/m) Trang 155 Ngành Công trình 31.4 7.74 10.29 0.96 0.96 0.96 17.85 1.1 1 1 1.05 1.05 1.05 1.2 34.54 7.74 10.29 1.01 1.01 1.01 21.42 Áp lực đất trên đỉnh cống Áp lực nước trên đỉnh cống Áp lực nước dưới đáy cống TLBT tấm nắp TLBT tấm bên TLBT tấm đáy Áp lực đất hai bên thành cống p'1(T/m) 19.06 1.2 22.87 Áp lực đất hai bên thành cống 7.74 1 7.74 Áp lực nước hai bên thành cống p'2(T/m) 10.29 1 10.29 Áp lực nước hai bên thành cống p2(T/m) r (T/m) 32.64 q (T/m) 40.1 p (T/m) 25.29 p' (T/m) 3.79 32.64 Phản lực nền Tổng hợp 43.29 Lực thẳng đứng trên đỉnh 29.16 Lực nằm ngang phân bố đều 4.04 Lực nằm ngang tuyến tính qn (T/m) 41.97 41.92 Lực thẳng đứng dưới đáy ( Các hệ số vượt tải n được tra ở bảng 6.1 ( trang 22 ) TCXDVN 285-2002 ứng với mỗi loại tải trọng ). 12.4 Xác định nội lực cống ngầm. 12.4.1 Mục đích tính toán : Thông qua tính toán nội lực cống ngầm ta sẽ xác định được chính xác các giá trị nội lực ở các vị trí khác nhau của cống, phục vụ cho việc tính toán, bố trí cốt thép sau này. 12.4.2 Phương pháp tính toán : Mặt cắt ngang của cống là một kết cấu siêu tĩnh bậc ba. Để xác định nội lực trong cống ta có một số phương pháp sau : - Phương pháp lực. - Phương pháp chuyển vị. - Phương pháp phần tử hữu hạn. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 156 Ngành Công trình - Phương pháp quang đàn hồi. - Phương pháp tra bảng. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ tin học ứng dụng trong khoa học kỹ thuật, ta có thể dùng chương trình phần mềm SAP 2000 Version10 để tính toán nội lực cho kết cấu cống. 12.4.3 Giới thiệu về chương trình Sap 2000 : SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 (version 6.11) – ĐH Avenue - Mỹ. SAP 2000 phân tích kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn (dựa vào mô hình tương thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính được nội lực, ứng suất… của phần tử. 12.4.4 Sơ đồ tính toán : Có rất nhiều cách mô hình tính toán nội lực cống. - Cống đặt liên kết thanh và khớp đơn giản. - Cống đặt trên nền đàn hồi.Liên kết với nền coi là các lò so có độ cứng K - Xét cả khối nền và cống . Nền và cống có quan hệ tương tác với nhau Để đơn giản mà vẫn đảm bảo được độ chính xác cần thiết ta có thể mô hình tính toán là một khung đơn giản đặt trên gối tựa. Chiều dài đoạn 12 = 34 = 1,4 (m) ; Chiều dài đoạn 14 = 23 = 2,15 (m). Hình 12- 5 : Mô hình tính toán nội lực cống bằng chương trình SAP2000. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 157 Ngành Công trình Hình 12-6 : Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu. + Lực thẳng đứng trên đỉnh q ; + Lực nằm ngang phân bố đều p ; + Lực thẳng đứng dưới đáy qn ; + Lực nằm ngang tuyến tính p’ ; 12.4.5 Tổng hợp các tổ hợp tải trọng tác dụng thẳng đứng và nằm ngang : Tính riêng cho từng tổ hợp tải trọng tác dụng theo phương đứng và theo phương ngang, sau đó tổ hợp các trường hợp lại ta được kết quả cần tìm. Trong phần mềm tính toán đã có chức năng tổ hợp các trường hợp tải trọng, ta sử dụng chức năng này tổ hợp các trường hợp tải trọng tác dụng sẽ thu được kết quả yêu cầu . 12.4.5.1 Giá trị mô men uốn tổng hợp M : Bảng 12-6 : Giá trị mô men uốn tổng hợp M. Mô men M ( T.m ) M1= M2 M3 = M 4 M6 = - M7 M5 M8 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán 11.39 12.18 -10.94 -12.15 -7.83 -9.06 2.25 1.99 -2.55 -1.75 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 158 Trường hợp tải trọng cơ bản Ngành Công trình Trường hợp tải trọng tính toán Hình 12-7 : Biểu đồ mô men uốn tổng hợp M33 với các trường hợp tải trọng . 12.4.5.2 Giá trị lực cắt tổng hợp Q : Trường hợp tải trọng cơ bản Trường hợp tải trọng tính toán Hình 12-8 : Biểu đồ lực cắt tổng hợp Q22 với các trường hợp tải trọng. Bảng 12-7 : Giá trị lực cắt tổng hợp Q. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 159 Lực cắt Q (T) Q1= - Q2 Q3 = - Q4 Q6 = - Q7 Q5 = Q 8 Ngành Công trình Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán 31.00 30.95 29.31 31.44 -0.23 -0.42 0.00 0.00 12.4.5.3 Giá trị lực dọc tổng hợp N : Trường hợp tải trọng cơ bản Trường hợp tải trọng tính toán Hình 12-9 : Biểu đồ lực dọc tổng hợp N với các trường hợp tải trọng. Bảng 11-9 : Giá trị lực dọc tổng hợp N. Lực dọc N (T) N12= N21 = N8 N23 = N14 N32 = N41 N34 = N43 = N5 N6 = N 7 Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán -30.79 -34.16 -31.76 -34.01 -29.31 -31.44 -28.82 -32.42 -30.54 -32.72 12.5 Tính toán cốt thép. 12.5.1 Số liệu tính toán : Chọn bê tông mác 200 (M200), cốt thép nhóm CII để tính toán và bố trí cốt thép trong cống. Ta có các chỉ tiêu tính toán như sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 160 Ngành Công trình + Rn : cường độ tính toán chịu nén của bê tông theo trạng thái giới hạn I khi nén dọc trục : tra bảng 4 (trang 15) TCVN 4116 - 85 ta được Rn = 90 kg/ cm2. + Rkc : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông theo trạng thái giới hạn II khi kéo dọc trục : tra bảng 3 TCVN 4116 - 85 ta được Rkc = 11,5 kg/ cm2. + Rk : cường độ tính toán chịu kéo của bê tông đối với trạng thái giới hạn I khi kéo dọc trục : tra theo bảng 3 TCVN 4116 - 85 ta được Rk = 7,5 kg/ cm2. + Kn : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp công trình : tra theo bảng 2 (trang 9) TCVN 4116 - 85 đối với công trình cấp III ta được : Kn = 1,15. + nc : hệ số tổ hợp tải trọng tra bảng 3 TCVN 4116 - 85 với tổ hợp tải trọng cơ bản ta được nc = 1,0. + ma : hệ số điều kiện làm việc của cốt thép : tra theo bảng 9 (trang 22) TCVN 4116 - 85 ta được : ma = 1,1. + Ra : cường độ chịu kéo của cốt thép: tra theo bảng 8 TCVN 4116 - 85 ta được R a = 2700 kg/ cm2. + Ra’ : cường độ chịu nén của cốt thép : tra theo bảng 8 TCVN 4116 - 85 ta được Ra’ = 2700 kg/ cm2. + Ea : mô đun đàn hồi của cốt thép : tra theo bảng 13 (trang 24) TCVN 4116 - 85 ta được : Ea = 2,1.106 kg/ cm2. + Eb : mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông Eb = 240.103 kg/ cm2. Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép ở miền kéo và miền nén là a = a' = 6,5 cm. + Chiều cao hữu ích của tiết diện là : h0 = h - a = 40 - 6,5 = 33,5 (cm). + Tra bảng 17 (trang 32) với mác bê tông M200, nhóm cốt thép CII ta được hệ số giới hạn αo = 0,6. => A0 = α0(1 - 0,5. α0) = 0,42. + Chiều dài tính toán của kết cấu l0 = 0,5.H : thành cống. 0,5.B : trần và đáy cống. => l0 = 1,275 m : với thành cống. 0,9 m : với trần cống và đáy cống. + Độ mảnh λh của cấu kiện: λh = SVTH: Nguyễn Ngọc Hải lo < 5. ho Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 161 + Hàm lượng cốt thép tối thiểu µmin = Ngành Công trình Fa + Fa ' .100% = 0,05%. (bảng 4 - 1 (trang 62) b.h o giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép ''. + Hàm lượng cốt thép lớn nhất µmax = 3,5%. + Fa, Fa' : diện tích cốt thép ở miền kéo và miền nén của kết cấu. Yêu cầu hàm lượng cốt thép đảm bảo : Fa , Fa' > µmin.b.h0 . Fa + Fa' < µmax.b.h0 . 12.5.2 Trường hợp tính toán : Trong phạm vi chuyên đề này ta tính toán và bố trí cốt thép theo phương ngang của cống. Chọn tải trọng tính toán để tính toán và bố trí cốt thép cho cống . Dựa vào bảng kết quả tính toán nội lực ta chọn một trị số nội lực để tính toán và bố trí cốt thép như sau : Biểu đồ mô men uốn M Biểu đồ lực cắt Q Biểu đồ lực dọc N Hình 12-10 : Biểu đồ nội lực tính toán bố trí cốt thép. * Các mặt cắt tính toán : Để thuận tiện cho việc tính toán và bố trí cốt thép theo phương ngang ta tính toán cốt thép cho các mặt cắt sau : + Với trần cống : chọn mặt cắt qua điểm nút (4) (phải) là mặt cắt có giá trị mô men căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài trần cống. Chọn mặt cắt qua điểm nút (5) là mặt cắt có giá trị mô men căng trong lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía trong của trần cống . Mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) (phải) trần cống có : M4 = - 12,15 (T.m) ; Q4 = - 31,44 (T) ; N4 = - 32,42 (T) . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 162 Ngành Công trình Mặt cắt trong qua điểm nút (5) trần cống có : M5 = 1,99 (T.m) ; Q5 = 0 (T) ; N5 = - 32,42 (T) . + Với thành bên : chọn mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) là mặt cắt có giá trị mô men căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài của thành bên. Chọn mặt cắt qua điểm nút (6) là mặt cắt có giá trị mô men căng trong lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía trong cho thành bên của cống . Mặt cắt ngoài qua điểm nút (1) (trên) của thành bên có : M1 = 12,18 (T.m) ; Q1 = 34,16 (T) ; N1 = - 34,01 (T) . Mặt cắt trong qua điểm nút (6) thành bên có : M6 = -9,06 (T.m) ; Q6 = -0,42 (T) ; N6 = - 32,72 (T) . + Với đáy cống : chọn mặt qua điểm nút (2) (trái) là mặt cắt có giá trị mô men căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài cho đáy cống. Chọn mặt cắt qua điểm nút (8) là mặt cắt có mô men căng trong lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía trong của đáy cống . Mặt cắt ngoài qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống có : M2 = 12,18 (T.m) ; Q2 = - 30,95 (T) ; N2 = - 34,16 (T) . Mặt cắt trong qua điểm nút (8) của đáy cống có : M8 = -1,75 (T.m) ; Q8 = 0 (T) ; N4 = - 34,16 (T). 12.5.3 Tính toán cốt thép dọc chịu lực : 12.5.3.1 Tính toán và bố trí cốt thép cho trần cống : 12.5.3.1.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) (phải) của trần cống : M4 = - 12,15 (T.m) ; Q4 = - 31,44 (T) ; N4 = - 32,42 (T) . Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có các kích thước b x h = 100 x 40 (cm) . Dựa vào kết quả tính toán nội lực ta thấy đây là cấu kiện chịu nén lệch tâm . Trình tự tính toán cốt thép cho mặt cắt như sau : - Xét uốn dọc : + l o 0,5.B 0,5.1,8 = = = 2,25 < 10 nên ảnh hưởng của uốn dọc với cấu kiện là h h 0,4 không đáng kể, do đó ta lấy η = 1. + Độ lệch tâm e0 : e0 = SVTH: Nguyễn Ngọc Hải M 12,15 = = 0,375 = 37,5 (cm) . N 32,42 (11-7) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 163 Ngành Công trình Ta thấy η.e0 = 37,5 > 0,3.h0 = 10,05 (cm) nên cấu kiện là cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn . - Tính toán cốt thép : + Sơ đồ ứng suất : η.eo Hình 12-11 : Sơ đồ ứng suất của cấu kiện chịu nén lệch tâm. Trong đó : e = η.e0 + 0,5.h - a = 51 (cm) : là khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén Fa . e' = η.e0 - 0,5.h + a' = 24 (cm) : là khoảng cách từ điểm đặt của lực nén dọc N đến trung tâm cốt thép Fa' . x : chiều cao vùng nén của cấu kiện . + Công thức cơ bản (các phương trình cơ bản) : kn.nc.N ≤ mb.Rn.b.x + ma.Ra'.Fa' - ma.Ra.Fa kn.nc.N.e ≤ mb.Rn.b.x.( h0 - x ) + ma.Ra'.Fa'.( h0- a' ) 2 (12-8) (12-9) + Đây là bài toán xác định F a và Fa' khi biết các điều kiện b, h, M, N,...của cấu kiện . Chọn x = αo.h0 (α = αo , A = A0) thay vào phương trình (11-9) ta được : k n .n c .N.e − m b .R n .b.h 02 .A o Fa' = m a .R 'a .(h o − a' ) => 1,15.1.32420.51 − 1.90.100.33,5 2.0,42 Fa' = = - 29,2 (cm2) . 1,1.2700.(33,5 − 6,5) SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 164 Ngành Công trình Vì Fa' < 0 nên ta chọn Fa' theo các điều kiện sau : (1) Điều kiện về hàm lượng cốt thép Fa' = µmin.b.h0 = 0,0005.100.33,5 = 1,675 (cm2) . (2) Điều kiện cấu tạo : Fa' = 5 φ12 = 5,65 cm2 . Vậy ta chọn Fa' = 5φ12 . + Bây giờ bài toán trở thành bài toán xác định F a khi biết Fa' và các điều kiện khác . Đặt A = α.( 1- 0,5.α ), từ phương trình (11-9) ta có : k n .n c .N.e − m a .R 'a .Fa' (h o − a' ) A= = 0,143 m b .R n .b.h 02 (12-10) Có A ta tính được α = 1- 1 − 2.A = 0,155 . 2.a' 13 = = 0,388 . ho 33,5 2.a' + Ta thấy α < h chứng tỏ Fa' chỉ đạt σa' < Ra'. Nên ta lấy x = 2.a' và tính F a theo o công thức : Fa = k n .n c .N.e' 1,15.1.32420.24 = = 11,16 ( cm2 ) . m a .R a (h o − a' ) 1,1.2700.(33,5 − 6,5) Fa > µmin.b.h0 = 1,675 cm2 : thoả mãn yêu cầu đặt ra . 12.5.3.1.2 Mặt cắt trong qua điểm nút (5) của trần cống : M5 = 1,99 (T.m) ; Q5 = 0 (T) ; N5 = - 32,42 (T) . + Tiến hành tính toán tương tự như mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) ta có : e0 = M 1,99 = = 0,0614 = 6,14 (cm) . N 32,42 Ta thấy η.e0 = 6,14 < 0,3.h0 = 10,05 (cm) nên cấu kiện là cấu kiện chịu nén lệch tâm bé . h η.e0 = 6,14 < 0,2.h0 = 6,7 (cm) → x = h - (1,8 + 2h − 1,4α 0 )η e 0 (12-11) 0 = 40 - (1,8 + 40 − 1,4.0,6).6,14 = 30,44 (cm) . 2.33,5 x = 30,44 cm < h0 = 33,5 cm . e = η.e0 + 0,5.h – a = 6,14 + 0,5.40 – 6,5 = 19,64 (cm) . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 165 Ngành Công trình e’ = 0,5h - ηe0 – a’ = 0,5.40 – 6,14 – 6,5 = 7,36 (cm) .  ηe  6,14 σ a = 1 − 0 R a = (1 − ).2700 = 2205,13 (daN/cm2) . h0  33,5  Fa' = = (12-12) k n .n c .N.e − m b .R n .b.x.(h 0 − x/2) m a .R 'a .(h o − a' ) 1,15.1.32420.19,64 − 1.90.100.30,44.(33,5 − 30,44/2) = - 53,32 (cm2) . 1,1.2700.(33,5 − 6,5) + Ta chọn Fa' = 5φ12 = 5,65 (cm2) theo điều kiện cấu tạo . + Bây giờ bài toán trở thành bài toán xác định F a khi biết Fa' và các điều kiện khác . k n .n c .N.e − m a .R 'a .Fa' (h o − a' ) A= = 0,028 . m b .R n .b.h 02 Có A ta tính được α = 1- 1 − 2.A = 0,0284 . 2.a' 13 = = 0,388 . ho 33,5 2.a' + Ta thấy α < h chứng tỏ Fa' chỉ đạt σa' < Ra'. Nên ta lấy x = 2.a' và tính F a theo o công thức : Fa = k n .n c .N.e' 1,15.1.32420.7,36 = = 4,19 ( cm2 ) . m a .σ a (h o − a' ) 1,1.2205,13.(33,5 − 6,5) Fa > µmin.b.h0 = 1,675 cm2 : thoả mãn yêu cầu đặt ra . * Căn cứ vào kết quả tính toán cốt thép ở hai mặt cắt trên ta chọn và bố trí cốt thép cho trần cống như sau : Cốt thép phía ngoài cống Fngoài = max( 11,16 ; 5,65 ) . => Fngoài = 11,16 (cm2) . Cốt thép phía trong cống Ftrong = max( 5,65 ; 4,19 ) . => Ftrong = 5,65 (cm2) . Ta tiến hành bố trí cốt thép cho trần cống như sau : + Cốt thép phía ngoài cống : Fngoài = 6 φ16 = 12,06 (cm2), a = 16,67 (cm) . + Cốt thép phía trong cống : Ftrong = 5 φ12 = 5,65 (cm2), a = 20 (cm) . 12.5.3.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho thành bên của cống : 12.5.3.2.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (1) (trên) của thành bên cống : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 166 Ngành Công trình M1 = 12,18 (T.m) ; Q1 = 34,16 (T) ; N1 = - 34,01 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt đã tính ở trên ta được kết quả như sau : + l0 = 0,5.H = 0,5.2,55 = 1,275 (m) . + l 0 1,275 = = 3,1875 < 10 → η = 1 . h 0,4 + e0 = 35,81 (cm) . + ηe0 = 35,81 > 0,3.h0 = 10,05 → nén lệch tâm lớn . + e = 49,31 (cm) . + e' = 22,31 (cm) . + Fa' = - 28,85 (cm2) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,1461 => α = 0,1587 . + Fa = 10,88 (cm2) . 12.5.3.2.2 Mặt cắt trong qua điểm nút (6) của thành bên cống : M6 = - 9,06 (T.m) ; Q6 = - 0,42 (T) ; N6 = - 32,72 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt trên ta được kết quả như sau : + e0 = 27,69 (cm) . + ηe0 = 27,69 cm > 0,3.h0 = 10,05 cm → nén lệch tâm lớn . + e = 41,19 (cm) . + e' = 14,19 (cm) . + Fa' = - 33,57 (cm2) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,1086 => α = 0,1152 . + Fa = 6,66 (cm2) . * Căn cứ vào kết quả tính toán cốt thép ở hai mặt cắt trên ta chọn và bố trí cốt thép cho thành bên của cống như sau : Cốt thép phía ngoài cống Fngoài = max( 5,65 ; 10,88 ) . => Fngoài = 10,88 (cm2) . Cốt thép phía trong cống Ftrong = max( 6,66 ; 5,65 ) . => Ftrong = 6,66 (cm2) . Ta tiến hành bố trí cốt thép cho thành bên cống như sau : + Cốt thép phía ngoài cống : Fngoài = 6 φ16 = 12,06 (cm2), a = 16,67 (cm) . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 167 Ngành Công trình + Cốt thép phía trong cống : Ftrong = 6 φ12 = 6,79 (cm ), a = 16,67 (cm) . 2 12.5.3.3 Tính toán và bố trí cốt thép cho bản đáy cống : 12.5.3.3.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống : M2 = 12,18 (T.m) ; Q2 = - 30,95 (T) ; N2 = - 34,16 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt ở trên ta được kết quả như sau: + l0 = 0,5.B = 0,5.1,8 = 0,9 (m) . + l 0 0,9 = = 2,25 < 10 → η = 1 . h 0,4 + e0 = 35,66 (cm) . + ηe0 = 35,66 > 0,3.h0 = 10,05 → nén lệch tâm lớn . + e = 49,16 (cm) . + e' = 22,16 (cm) . + Fa' = - 28,82 (cm2) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . => α = 0,1589 . + A = 0,1463 + Fa = 10,86 (cm2) . 12.5.3.3.2 Mặt cắt trong qua điểm nút (8) của đáy cống : M8 = -1,75 (T.m) ; Q8 = 0 (T) ; N4 = - 34,16 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt trên ta được kết quả như sau : + e0 = 5,12 (cm) . + ηe0 = 5,12 < 0,3.h0 = 10,05 → nén lệch tâm bé . + x = 32,03 (cm) < h0 = 33,5 (cm) . + e = 18,62 (cm) . + e' = 8,38 (cm) .  ηe  5,12 0 R a = (1 − ).2700 = 2287,34 (daN/cm2) . + σ a = 1 − h0  33,5  + Fa' = k n .n c .N.e − m b .R n .b.x.(h 0 − x/2) m a .R 'a .(h o − a' ) = 1,15.1.34160.18,62 − 1.90.100.32,03.(33,5 − 32,03/2) = - 53,73 (cm2) . 1,1.2700.(33,5 − 6,5) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,0276 => α = 0,028 . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 168 Ngành Công trình 2 + Fa = 4,85 (cm ) . * Căn cứ vào kết quả tính toán cốt thép ở hai mặt cắt trên ta chọn và bố trí cốt thép cho bản đáy của cống như sau : Cốt thép phía ngoài cống Fngoài = max( 10,86 ; 5,65 ) . => Fngoài = 10,86 (cm2). Cốt thép phía trong cống Ftrong = max( 5,65; 4,85 ) . => Ftrong = 5,65 (cm2) . Ta tiến hành bố trí cốt thép cho bản đáy cống như sau : + Cốt thép phía ngoài cống : Fngoài = 6 φ16 = 12,06 (cm2), a = 16,67 (cm) . + Cốt thép phía trong cống: Ftrong = 5 φ12 = 5,65 (cm2), a = 20 (cm) . Như vậy ta có kết quả tính toán cốt thép dọc chịu lực của cống ngầm như sau : Bảng 12-10 : Kết quả tính toán cốt thép dọc chịu lực của cống ngầm . Cấu kiện Cốt thép phía trong cống Diện Khoảng tích Loại cách (cm2) thép (cm) φ12 Trần cống 5,65 20 φ12 Thành bên 6,79 16,67 φ12 Đáy cống 5,65 20 12.5.4 Tính toán cốt thép ngang (cốt đai, cốt xiên) : Cốt thép phía ngoài cống Diện Khoảng tích Loại cách (cm2) thép (cm) φ16 12,06 16,67 φ16 12,06 16,67 φ16 12,06 16,67 Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng của cấu kiện có thể được tiến hành theo phương pháp đàn hồi hoặc phương pháp trạng thái giới hạn. Ở đây ta dùng phương pháp trạng thái giới hạn để tính toán . 12.5.4.1 Điều kiện tính toán : Khi thoả mãn điều kiện sau thì cần phải tính toán cốt xiên, cốt đai cho cấu kiện : 0,6.mb4.Rk < σ1 = τ0 = k n .n c .Q ≤ mb3.Rkc . 0,9.b.h o (11-13) Trong đó : • Q : lực cắt lớn nhất do tải trọng tính toán gây ra (kg). • Rkc : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông, Rkc = 11,5 (kg/cm2). • Rk : cường độ chịu kéo của bê tông, Rk = 7,5 (kg/cm2). • mb3 : hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông cốt thép. Tra bảng 5 (trang 16) TCVN 4116 - 85 ta được mb3 = 1,15. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 169 Ngành Công trình • mb4 : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu bê tông không cốt thép. Tra bảng 5 TCVN 4116 – 85 ta được mb4 = 0,9 . • τ0: ứng suất tiếp lớn nhất trên mặt cắt tính toán (kg/cm2). • kn : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp công trình, kn = 1,15. • nc : hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1. 12.5.4.2 Mặt cắt tính toán : Trên cấu kiện ta cần chọn các vị trí có lực cắt lớn để tính toán và bố trí cốt thép ngang cho cống. Do đó ta cần tính toán cho các mặt cắt sau : - Với đáy cống : tính toán cho mặt cắt đi qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống có: M2 = 12,18 (T.m) ; Q2 = - 30,95 (T) ; N2 = - 34,16 (T). - Với thành bên cống : tính toán cho mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) và điểm nút (4) (dưới) của trành bên có : M1 = 12,18 (T.m) ; Q1 = 34,16 (T) ; NB = - 34,01 (T). M4 = 12,15 (T.m) ; Q4 = - 32,42 (T) ; NC = - 31,44 (T). - Với trần cống : tính toán cho mặt cắt qua điểm nút (3) (trái) của trần cống có : M3 = - 12,15 (T.m) ; Q3 = 31,44 (T) ; N3 = - 32,42 (T). 12.5.4.3 Tính toán cốt thép ngang cho đáy cống : Với cốt thép ngang trong cống ta thường chỉ bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta chỉ tính toán và bố trí cốt thép xiên cho cống (không tính toán và bố trí cốt thép ngang cho cống). Thay số ứng với các giá trị nội lực tại mặt cắt qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống vào công thức 11-13 ta được : 0,6.mb4.Rk = 0,6.0,9.7,5 = 4,05 (kg/cm2) . τ0 = k n .n c .Q 1,15.1.30950 = = 11,81 (kg/cm2). 0,9.b.h o 0,9.100.33,5 mb3.Rkc = 1,15.11,5 = 13,225 (kg/cm2). Như vậy ta thấy 0,6.mb4.Rk < σ1 = τ0 = (12-14) (12-15) (12-16) k n .n c .Q ≤ mb3.Rkc nên ta phải tính toán và 0,9.b.h o bố trí cốt thép xiên cho cống. 12.5.4.3.1 Sơ đồ tính toán : Sơ đồ tính toán được thể hiện như trên hình vẽ . Trong đó : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 170 Ngành Công trình • σ1a: ứng suất chính kéo do cốt dọc chịu. • σ1x : ứng suất chính kéo do cốt xiên phải chịu . • σ1= τ0 : ứng suất chính kéo do cốt xiên và cốt dọc phải chịu. x 30,95 T 30,95 T σ1x σ1 = τ0 0,6.mb4.Rk σ1a 180 cm 90 cm Hình 12-12 : Biểu đồ lực cắt. Phân bố ứng suất chính kéo. 12.5.4.3.2 Tính toán cốt xiên cho đáy cống : - Do biểu đồ ứng suất chính kéo có dạng tam giác nên ứng suất chính do cốt dọc chịu được tính theo công thức : σ1a = 0,225. σ1 = 0,225.11,81 = 2,66 (kg/cm2) . - (11-17) Ứng suất chính kéo do cốt xiên phải chịu : σ1x = σ1 - σ1a = 11,81 - 2,66 = 9,15 (kg/cm2) . x 11,81 − 4,05 = => x = 59,14 (cm) . 90 11,81 (11-18) (11-19) - Đặt cốt xiên nghiêng với trục cấu kiện một góc 45 o, diện tích cốt xiên được tính theo công thức : Fx = Ω X .b m a .R ax . 2 = 0,5.59,14.9,15.100 1,1.2700. 2 = 6,44 (cm2) . (11-20) 12.5.4.3.3 Chọn và bố trí cốt thép : Với Fx = 6,44 (cm2) ta chọn 6 thanh φ12 có F = 6,79 (cm2) để bố trí cốt xiên cho cống. Ta bố trí các thanh cốt xiên thành một lớp. Vị trí các thanh cốt xiên được xác định như sau : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 171 Ngành Công trình + Xác định trọng tâm của phần diện tích thép xiên ΩX . + Từ trọng tâm của của phần diện tích thép xiên này dóng lên trục dầm σ1 = τ0 σ1x 0,6.mb4.Rk σ1a ta xác định được vị trí của lớp thép xiên . Hình 12-13 Sơ đồ xác định vị trí thép xiên. + Gọi khoảng cánh từ mép ngoài trục cấu kiện tới vị trí thép xiên là x1 thì : x1 ≈ x = 19,71 (cm). 3 (11-21) 12.5.4.4 Tính toán cốt thép ngang cho trần cống và thành bên cống : Tính toán tương tự như cho bản đáy cống ta được kết quả như sau : 12.5.4.4.1 Với trần cống (mặt cắt qua điểm nút 3) : τ0 = 11,99 (kg/cm2) . σ1a = 2,70 (kg/cm2) . σ1x = 9,29 (kg/cm2) . x = 59,60 (cm) . x1 = 19,87 (cm) . Fx = 6,6 (cm2) . 12.5.4.4.2 Với thành bên cống : - Mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) : τ0 = 13,03 (kg/cm2) . σ1a = 2,93 (kg/cm2) . σ1x = 10,10 (kg/cm2) . x = 62,03 (cm) . x1 = 20,68 (cm) . Fx = 7,46 (cm2) . - Mặt cắt qua điểm nút (4) (dưới) : τ0 = 12,37 (kg/cm2) . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 172 Ngành Công trình σ1a = 2,78 (kg/cm ) . 2 σ1x = 9,59 (kg/cm2) . x = 60,53 (cm) . x1 = 20,18 (cm) . Fx = 6,91 (cm2) . Để thuận tiện cho việc bố trí thép xiên cho cống ở các mặt cắt trên ta chọn mặt cắt có diện tích thép xiên lớn nhất để bố trí cho các mặt cắt trên. Do đó ta chọn diện tích thép xiên là Fx = 5φ14 = 7,69 (cm2). Vị trí và khoảng cách các thanh thép xiên ở các vị trí như sau : Bảng 12-11: Diện tích và vị trí các thanh thép xiên. Cấu kiện Loại thép x1 (cm) Trần cống Thành bên Đáy cống φ 14 φ 14 φ 14 19,87 20,68 19,71 Khoảng cách (cm) 20 20 20 12.6 Tính toán và kiểm tra nứt 12.6.1 Mặt cắt tímh toán : Ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính toán và kiểm tra nứt cho kết cấu, chọn mặt cắt có mô men lớn nhất (ứng với tải trọng tiêu chuẩn) để tính toán và kiểm tra nứt cho kết cấu, đó là mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) của thành bên cống có các giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn như sau : M1 = 11,39 (T.m) ; Q1 = 30,79 (T) ; N1 = -31,76 (T). 12.6.2 Tính toán và kiểm tra nứt : 12.6.2.1 Xác định các đặc trưng qui đổi : - Chiều cao vùng nén : xn = Sqd Fqd . (12-22) Trong đó: + Sqđ: mô men tĩnh qui đổi của tiết diện. Sqđ = 0,5.b.h2 + n.(a'.Fa' + Fa.h0) . (12-23) + Fqđ: diện tích qui đổi của tiết diện . Fqđ = Fb + n.(Fa + Fa') SVTH: Nguyễn Ngọc Hải (12-24) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 173 Ngành Công trình - Mô men quán tính qui đổi của tiết diện : Jqđ = b 3 .(x n + (h − x n ) 3 ) + n.Fa' (x n − a' ) 2 + n.Fa .(h o − x n ) 2 . (12-25) 3 - Mô đun chống uốn của tiết diện : Wqđ = J qd h − xn . (11-26) Hình 12-13 : Sơ đồ tính toán các giá trị quy đổi. Trong đó: b = 100 (cm) ; h = 40 (cm) ; a = a' = 6,5 (cm) ; h0 = 33,5 (cm) ; Fa = 12,06 (cm2) ; Fa' = 6,79 (cm2) ; n = E a 2100 = = 8,75 . Eb 240 - Thay số vào các công thức trên ta được : + Fqđ = 100.40 + 8,75.(12,06 + 6,79) = 4164,94 (cm2) . + Sqđ = 0,5.100.402 + 8,75.(6,5.6,79 + 12,06.33,5) = 83921,27 (cm2) . + xn = 20,15 (cm) . + Jqđ = 100 .(20,153 + (40 − 20,15) 3 ) + 8,75.6,79.(20,15 − 6,5) 2 + 3 + 8,75.12,06.(33,5 − 20,15) 2 = 563300,15 (cm4) . + Wqđ = 563300,15 = 28377,84 (cm3) . 40 − 20,15 12.6.2.2 Khả năng chống nứt của tiết diện : Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả năng chống nứt của tiết diện được xác định theo công thức : γ 1 .R ck Nn = e o − 1 . Wqd (12-27) Fqd Trong đó : SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 174 Ngành Công trình + Nn là lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện có thể chịu được ngay trước khi khe nứt thẳng góc xuất hiện . + γ1 = γ.mh = 1.1,75 = 1,75 là hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo . + mh là hệ số tra phụ lục 13 giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta được mh = 1. + γ là hệ số tra phụ lục 14 giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta được γ = 1,75 . + Độ lệch tâm của lực nén dọc tiêu chuẩn : e0 = M C 1139000 = = 35,86 (cm) . 31760 NC + Rkc = 11,5 (kg/ cm2) . Thay số vào công thức trên ta được : 1,75.11,5 = 19661,72 1 Nn = 35,86 − (kg) . 28377,84 4164,94 12.6.2.3 Kiểm tra nứt : Điều kiện không xuất hiện khe nứt thẳng góc : nc.Nc < Nn . (12-28) Ta thấy nc.Nc = 31760 (kg) > Nn nên cấu kiện (thành cống) bị nứt theo phương dọc cống . Ta cần xác định bề rộng khe nứt xem nó có thoả mãn điều kiện cho phép không (a n ≤ an gh ). Nếu bề rộng khe nứt không thoả mãn điều kiện này thì kết cấu bị mất ổn định trong quá trình làm việc do nứt gây ra. 11.6.2.4 Tính bề rộng khe nứt : - Bề rộng khe nứt được xác định theo công thức kinh nghiệm : an = k.c.η. σa − σo .7.(4 − 100 .µ). d . Ea (12-29) Trong đó : + k : hệ số phụ thuộc trạng thái và tình trạng tác dụng của tải trọng, với cấu kiện chịu nén lệch tâm k = 1. + c : hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, với tải trọng dài hạn c = 1,3. + η: hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, với thép có gờ η = 1. + µ = Fa /(b.h0) = 12,06/(100.33,5) = 3,6.10-3 < 2% : thoả mãn yêu cầu. + σo : ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, với kết cấu ngâm trong nước thì σo = 200 ( kg/ cm2 ) . SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 175 Ngành Công trình + σa : ứng suất trong cốt thép : Với cấu kiện chịu nén lệch tâm : σa = N C .(e − Z1 ) . Fa .Z1 (12-30) • e : khoảng cách từ lực dọc lệch tâm đến trọng tâm cốt thép dọc chịu kéo Fa , e = η.e0 + 0,5.h - a = 1.35,86 + 0,5.40 – 6,5 = 49,36 (cm) . • Fa : diện tích cốt thép dọc chịu kéo, Fa = 12,06 (cm2) . • Z1 : khoảng cách từ trong tâm cốt thép dọc chịu kéo đến điểm đặt của hợp lực miền nén tại tiết diện có khe nứt. Z 1 được xác định theo công thức kinh nghiệm : Z1 = η.h0 . (11-31) Với η là hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cốt thép chịu kéo, tra bảng 5-1 (trang 70) giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta được η = 0,85 . => Z1 = 0,85.33,5 = 28,475 (cm) . => σa = 31760.( 49,36 − 28,475) = 1931,54 (kg/cm2) . 12,06.28,475 Thay số vào công thức trên ta được : an = 1.1,3.1. 1931,54 − 200 .7.(4 − 100.3,6.10 −3 ) 16 = 0,11 (mm) . 6 2,1.10 - Bề rộng khe nứt cho phép an gh : Tra bảng 18 (trang 52) TCVN 4116 - 85 ta được bề rộng khe nứt giới hạn : an gh = 0,25.1,6 = 0,4 (mm). Vậy an < an gh nên kết cấu đảm bảo điều kiện ổn định trong quá trình làm việc khi khe nứt xuất hiện. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 176 Ngành Công trình TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình Thuỷ Công - Tập 1, Tập 2. Trường Đại Học Thuỷ Lợi. 2. Thiết Kế Đập Đất - Nguyễn Xuân Trường. 3. Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống công trình thuỷ lợi - Các tác giả Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng. 4. Giáo trình Thuỷ lực - Tập 1, Tập 2. 5. Giáo trình Kết cấu Bê Tông Cốt Thép - Các tác giả Trần Mạnh Tuân, Nguyễn Hữu Thành, Nguyễn Hữu Lân, Nguyễn Hoàng Hà. 6. Thiết Kế Cống - Các tác giả Trịnh Bốn, Lê Hoà Xướng. 7. Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước - Phạm Ngọc Quý. 8. Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4253 - 86. 9. Tiêu chuẩn TCXDVN 285 - 2002. 10. Tiêu chuẩn TCVN 4118 - 85. 11. Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thuỷ lợi QP.TL. C-1-78. 12. Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn QP.TL. C- 8-76. 13. Quy phạm tính toán thuỷ lực cống dưới sâu QP.TL. C- 1-75. 14. Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén QPVN 11-77. 15. Sổ tay tính toán thuỷ lực - Trường Đại học Thuỷ Lợi. 16. Ví dụ tính toán tràn máng phun - Bộ Thuỷ Lợi. 17. Đồ án môn học Thuỷ Công - Trường Đại học Thuỷ Lợi. 18. Các bảng tính thủy lực. SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT [...]... tắc tính toán Dựa trên nguyên lý cân bằng nước giữa lượng nước đến và lượng nước xả qua công trình xả: Q.dt – q.dt = F.dh Trong đó: - Q là lưu lượng nước đến kho nước - q là lưu lượng nước ra khỏi kho nước SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 26 Ngành Công trình + F: Diện tích mặt thoáng của kho nước + dt: Khoảng thời gian vô cùng nhỏ + dh: Vi phân của cột nước trên công trình... lợi Xây dựng hồ chứa Tân Thành để đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sản xuất, sửa chữa nâng câng cấp các hồ đập nhỏ để có nhiều nguồn nước phục vụ cho nhu cầu ngày càng phát triển trong vùng Định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng dự án và vùng lân cận Xây dựng hồ Tân Thành từng bước đưa năng suất nông nghiệp đạt bình quân 6 ÷ 7 tấn/ha Ngoài ra xây dựng cơ sở hạ tầng phấn đấu 90% các hộ gia đình có nhà... số tưới và lượng nước yêu cầu đối với hồ chứa Tân Thành Vùng dự án nằm sát vùng tưới của hệ thống thuỷ nông Yên Mỹ, điều kiên thổ nhưỡng, cây trồng và khí hậu giống nhau Tính toán thuỷ nông cho hồ Yên Mỹ đã được kiểm đinh thực tế những năm qua cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật thuỷ nông của hồ Yên Mỹ phù hợp với thực tế áp dụng tính cho hồ Tân Thành - Hệ số tưới: + qmax = 1,72(l/s)/ha + qmin = 0,53(l/s)/ha... trường sinh thái, khí hậu những vùng diện tích có cao độ cao (vùng sườn đồi bãi, núi) giao khoán cho các cán bộ xã viên trồng rừng, xây dựng điểm các trang trại Quy hoạch theo vùng để phát triển các loại cây cho phù hợp với từng loại đất ở xung quanh hồ Tân Thành và lưu vực hồ có thể trồng cây lấy gỗ như cây bạch đàn xen kẽ trồng những vùng cây ăn quả 2.2.3 Công nghiệp Trong vùng dự án không có nhà máy... 0.689 + Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 24 Ngành Công trình + Cột 2: Dung tích kho ở cuối thời đoạn tính toán + Cột 3: Dung tích kho bình quân của hồ chứa Vi = (Vc + Vk)/2 + Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng Tra quan hệ Z~V + Cột 5: Lượng nước tổn thất do bốc hơi, Wbh= ∆Z.Ftb ∆Z Chiều dày lớp nước bốc hơi mặt hồ + Cột 6:... Công trình Lấy nguồn nước từ suối Tân Thành, nước ở suối Tân Thành là nước ngọt không màu, không mùi, hiện nay dân địa phương vẫn đang sử dụng trong sinh hoạt tốt, nước này có thể dùng đổ bê tông, trữ lượng nước đủ yêu cầu cho xây dựng CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 2.1.Tình hình dân sinh kinh tế 2.1.1.Dân số và lao động Theo số liệu điều tra năm 1986 dân số toàn huyện Tĩnh Gia 17000 người, đến... lũ cho hồ chứa nước Tân Thành Đối với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do: qx = ε.m.B 2.g Htr3/2 (5.7) Trong đó: + + + + + Qx: Lưu lượng xả qua tràn (m3/s) m:Hệ số lưu lượng, với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do (chọn m= 0,36) H: Cột nước trên ngưỡng tràn (m) B: Chiều rộng tràn nước (m) ε: Hệ số co hẹp bên, chọn ε= 1,0 Các bước tính toán biểu đồ phụ trợ : - Cột 1 : Số thứ tự - Cột 2 : Các trị số mực nước giả... quân lớn nhất nhiều năm -Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán • Xác định theo MNDBT: ∇ đ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (6-1) • Xác định theo MNLTK: ∇ đ2 = MNLTK+ ∆h’ + hsl’ + a’ (6-2) • Xác định theo MNLKT: ∇ đ3 = MNLKT + a” Trong đó: - MNDBT: mực nước dâng bình thường trong hồ chứa - MNLTK: mực nước lũ thiết kế (P = 0,2%) - ∆h, ∆h’: độ... tự nhiên : γ tn = γ k (1 + w ) = 1,32.( 1+0 ,3678) = 1,81 (T/m3) Dung trọng bão hoà : γ bh = γ k + n.γ n = 1,32 + 0,5419.1 = 1,86 (T/m3) + Đất nền : γbh = 2,2 (T/m3) ; C = 0 ; ϕ = 350 ; + Đá làm thiết bị thoát nước : C = 0; ϕ = 320; n = 0,35 ; γđá tn = 2,5T/m3; γbh= 2,85T/m3 1.4.2 Đá hộc + đá 1x2 đổ bê tông Vùng Tĩnh Gia đá xây dựng không có đá cường độ cao, chủ yếu là đá phong hoá màu vàng, màu xám nâu... là: 75 năm + Độ vượt cao an toàn (bảng (4-1) 14TCN 157-2005) a = 0,7m ứng với MNDBT a = 0,5m ứng với MNLTK a = 0,2m ứng với MNLKT 4.4 Xác định các thông số hồ chứa 4.4.1 Xác định mực nước chết - Mực nước chết là mực nước thấp nhất cho phép tồn tại trong kho, khi ở mực nước chết không cho phép lấy bất kỳ một lượng nước trong kho Nguyên tắc lựa chọn mực nước chết - Mực nước chết (MNC) phải chứa hết phần ... nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Hồ chứa nước Tân Thành nằm suối Tân Thành thuộc vùng đồi núi xã Nguyên Bình huyện Tĩnh Gia - tỉnh Thanh Hoá, cách trung tâm huyện lỵ Tĩnh Gia 9km theo đường thẳng phía... nhân dân vùng 3.4 Nhiệm vụ công trình thuỷ lợi hồ Chứa Tân Thành Xây dựng hồ chứa Tân Thành nhằm mục đích cấp nước cho 722ha diện tích xã Nguyên Bình, Hải Nhân, Định Hải Xuân Lâm cấp nước sinh... bình quân hồ chứa Vi = (Vc + Vk)/2 + Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng Tra quan hệ Z~V + Cột 5: Lượng nước tổn thất bốc hơi, Wbh= ∆Z.Ftb ∆Z Chiều dày lớp nước bốc mặt hồ + Cột 6: Lượng nước