ĐỒ án môn học THIẾT kế CỐNG lộ THIÊN đề số a7

PHẦN III BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG I THÂN CỐNG : Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận trên đó. 1. Cửa van : Chọn cửa van phẳng , cấu tạo bằng thép ,với dàn đóng mở van quay, đỉnh cữa van cao hơn đáy tường ngực 0.2m . 2. Tường ngực : a Cao trình đáy tường ngực : Do không yêu cầu giao thông thủy nên ta có thể chọn Zđt theo công thức : Zđt = Ztt + = 3,68 + 0,5 = 4,18m Trong đó : Ztt = 3,68 m : Cao trình mực nước tính toán. = 0,5 m : Độ lưu không b Cao trình đỉnh tường : Lấy bằng cao trình đỉnh cống được xác định theo công thức : Zđc = MNDGC + h + s + a () Với : MNDGC = Zsôngmax = 8,6 m h : Độ dền do gió tính với trường hợp vận tốc gió bình quân lớn nhất theo công thức : Trong đó: Vận tốc gió bình quân lớn nhất V50% = 14 ms Đà gió; D = 300 m; g = 9,81 ms2 ; = 00 H= 8,6 – 0,0 = 8,6 m là chiều sâu dưới đập m

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

( Đề số : A – 7 )

I/- NHIỆM VỤ :

Cống A xây dựng ven sông X để:

- Lấy nước tưới cho 60.000ha ruộng

- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ

- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua

II/- CÁC LƯU LƯỢNG VÀ MỰC NƯỚC THIẾT KE Á :

Lấy nước:

Qmax lấy = 80,0 m3/s ; Zđầu kênh = 3,43 m

Zmax sông = 7,20m ; Zmin

sông = 3,68 mChống lũ:

Zsông max = 8,60 m ; Zđồng min = 2,70 m

III/- TÀI LIỆU KÊNH HẠ LƯU :

Zđáy kênh = 0,00 m ; Độ nhám n = 0,025Độ dốc mái m = 1,5 ; Độ dốc đáy i = 0,0004

IV/- TÀI LIỆU GIÓ :

Tần suất P

%

V/- CHIỀU DÀI TRUYỀN SÓNG :

Trường hợp Z sông bình thường Z sông max

VI/- TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT :

- Đất thịt cao độ : + 3.50 đến + 5.00

- Đất cát pha : +0.50 đến – 10.00

- Đất sét : -10.00 đến – 30.00

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống Loại đất Thịt Cát pha Sét

VII/- THỜI GIAN THI CÔNG : 2 năm

Yêu cầu :

1- Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

2- Tính toán thủy lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng.3- Chọn cấu tạo các bộ phận cống

4- Tính toán thấm và ổn định cống

5- Tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

I- VỊ TRÍ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH :

- Cống A được xây dựng ven sông X để nước tưới cho 60.000 ha ruộng

- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ

- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua

II- CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ :

1- Cấp công trình :

Xác định theo quy phạm ( 5060-90) dựa vào nhiệm vụ công trình chủ yếu tướicho 60.000 ha tra bảng ( P1-2 ) , công trình thuộc cấp II

2- Các chỉ tiêu thiết kế :

Căn cứ vào cấp công trình đã chọn là công trình cấp II, ta xác định đượccác chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống như sau :

- Tần suất lưu lượng : P% = 0,5%

- Hệ số vượt tải : (Bảng P 1 – 4)

+ Trọng lượng bản thân công trình: n = 1.05+ Áùp lực đứng của trọng lượng đất: n = 1.20 + Áùp lực bên của đất: n = 1.20+ Áùp lực tĩnh, áp lực sóng, áp lực thấm ngược: n = 1.00+ Tải trọng do gió:

n = 1.30

- Hệ số tin cậy : Kn = 1.2 (Bảng P 1 – 6 )

- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1.0 (Bảng P 1 – 5)

PHẦN II : TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNGI-

TÍNH TOÁN KÊNH HẠ LƯU :

+ Cao trình mực nước thiết kế = 3.43 m

HTK = Z TK – Zđáy kênh = 3,43 – 0,00 = 3.43 m

+ Chọn kênh hạ lưu mặt cắt hình thang ta có :

m = 1,5 ; n = 0,025 ; i = 0,0004Theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực ta có :

i m 4 ) R (

TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN CỐNG :

1- Trường hợp tính toán :

Khi cần tháo lưu lượng Qtưới = 80,0 (m3/s) với chênh lệch mực nướcthượng lưu nhỏ Zsôngmin =3.68 m ; Zđầu kênh = 3.43 m ; Z = 0.25 m

2- Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :

- Cao trình ngưỡng : Chọn bằng cao trình đáy kênh Z = 0.0 m

- Hình thức ngưỡng cống : Đập tràn đỉnh rộng không ngưỡng P = 0

3- Xác định bề rộng cống :

a Xác định trạng thái chảy :

Theo quy phạm QPTL C8-76 : đập chảy ngập khi hn > nHo

* Tính h n :

n : gọi là chỉ số ngập

n = (hn/H0)pg  0,75  0,8 Sơ bộ chọn n = 0,8

36 1 43 3

=>Thoã mãn điều kiện đập chảy ngập

* Tính bề rộng cống :

Tính tổng bề rộng cống từ công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập

) h H ( g 2 b b

=> b . .h.Q2g(H h)

o g

- g : hệ số lưu tốc phụ thuộc thêm khi có co hẹp ngang

g = 0,5 0 + 0,5 (0 sơ bộ ta chọn = 0.97)

=> g = 0.5*0.97 + 0.5 = 0.98

Vậy

m 66 18 ) 43 3 52 3 ( 62 19 43 3 98 0 96 0

80 )

h H ( g 2 h

.

Q b

o g

b Phân chia các khoang và chọn mố :

Chọn 4 khoang mỗi khoang 5 m;

Mố trụ: 3 mố trụ mỗi mố rộng 1m

d Kiểm tra chiều rộng cống :

86 0 3 20

20 )

d b (

- Tính lại b

với 0 = 0,86  g = 0,50 + 0,5 = 0,5 0,94 + 0,5 = 0,93

) 43 3 52 3 ( 62 19 43 3 93 0 96 0

80 )

h H ( g 2 h

Q b

o g

Vậy chọn b = 20 m là phù hợp

III/- TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI :

1- Trường hợp tính toán :

Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu lớnVới cống lấy nước khi Zsông lớn , Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy , chế độ đóng mởcữa van trong trường hợp này đơn giản là mở đều các cống

2-Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng :

Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng, cần tính với các cấp lưu lượngtừ Qmin đến Qmax , với mỗi cấp Q ta xác định được độ mở cữa cống a

Q tt là trị số ứng với (h c ’’ – h h ) max

(Kết quả tính ghi ở bảng trang sau)

Q       b  h c 2 g ( Ho h c)

Trong đó :

 : hệ số co hẹp bên, lấy  = 1

 : hệ số lưu tốc, lấy  = 0.95

hc = .a với  là hệ số co hẹp đứng  = 0.61

Ho : cột nước tính toán trước cửa van Ho = 7.2 (bỏ qua lưu tốc tới gần)Tính Ftc =

2

3 o

81 , 9

67 , 6

+ Độ sâu liên hiệp hc " = 2,87 m

+ hh = 2.43 m

So sánh các độ sâu ta thấy :

hc = 0,4 m < hk = 1,65 m < hh = 2,43 m < hc" = 2,87 m =>dòng chảy trong cống chảy tự do, và do hc" > hh nên sau cống có nước nhảy phóng xa Để đảmbảo cho hạ lưu làm việc bình thường ta bố trí thiết bị tiêu năng

Từ bảng tính xác định được:

+ Qtt tiêu năng: Q = 50m3/s

+ Độ mở cũa cống: a=0.65 m

3- Tính toán tiêu năng :

a) Sơ đồ tính toán:

b) Xác định kích thước bể tiêu năng

+ Sơ bộ chọn d1=hc”-hh = 2.87 – 2.43 =0.44 m, chọn d1=0.55m

01

H

q )

c ( F

17 4 )

c (





Tra bảng phụ lục (15-1) ta được : c” = 0.372

=> hc” = H01 x c” = 7.75 x 0.372 = 2.88 m

88 2 62 19

17 4 43

2 95 0 62 19

17 4 )

h (

g

q h

g

q

c

2 2

h b

(Trong đó:  : Là hệ số chảy ngập lấy trong khoảng 1.05 – 1.1)

Vậy chọn chiều sâu bể d=0.55 là hợp lý

+ Tính chiều dài bể tiêu năng :

Lbể = l1 - ln

Trong đó:

l1 = 0

 = 0,8 ( đập không có ngưỡng)

ln : Chiều dài nước nhảy Theo Saphơvanet có:

ln = 4.5hc” = 4.5 x 2.88 = 13,0 m => Lbể = 0,8 13 = 10,4 m Chọn Lbể = 11,0 m

PHẦN III BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG

I/-

THÂN CỐNG : Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận trên đó.

1 Cửa van :

Chọn cửa van phẳng , cấu tạo bằng thép ,với dàn đóng mở van quay,

đỉnh cữa van cao hơn đáy tường ngực 0.2m

2 Tường ngực :

a- Cao trình đáy tường ngực :

Do không yêu cầu giao thông thủy nên ta có thể chọn Zđt theo côngthức : Zđt = Ztt +  = 3,68 + 0,5 = 4,18m

Trong đó :

Ztt = 3,68 m : Cao trình mực nước tính toán

 = 0,5 m : Độ lưu không b- Cao trình đỉnh tường :

Lấy bằng cao trình đỉnh cống được xác định theo công thức :

Zđc = MNDGC + h’ + s’ + a’ (*)Với :

- MNDGC = Zsôngmax = 8,6 m

- h’ : Độ dền do gió tính với trường hợp vận tốc gió bình quân lớnnhất theo công thức :  H ' 2.10 6Vg2.H.D.cos



1 300 14 10 2 '

(công trình cấp II  P = 1%) Tính s’ theo các bước sau :

Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0,5

* Tính các đại lượng không thứ nguyên :

14

3600 6

81 9 V

* Kiểm tra điều kiện sóng sâu H > 0,5  8,5 > 0,5 3,4 = 1,7 m

Vậy giả thiết ban đầu sóng nước sâu là đúng

* Tính chiều cao sóng theo tần suất P = 1% như sau :

h1% = K1% hs Tra đồ thị P2-2 hướng dẫn đồ án môn học thủy công với gD/V2 = 15 tra được K1% = 2,08  h1% = 2,08 0,253 = 0,526 m

* Tính độ dềnh cao nhất của sóng :

s’ = kns h1% Tra đồ thị P2-4 với :

Vậy chiều cao tường ngực là : H tường = 9.5 – 4.18 = 5.32 m

+ Kết cấu tường gồm bản mặt và các dầm đỡ , bản mặt đổ liền khối vớidầm, chiều dày bản = 0,2 m

3- Cầu công tác :

Dùng để đi lại thao tác cữa van , có chiều cao tính toán sao cho đảm bảokhi kéo hết cửa van lên có khoảng không để đưa cửa van ra sửa chữa

4- Khe phai:

Bố trí ở hai đầu cống để ngăn nước ở trong khoang cống được khô ráokhi cần sửa chữa

5- Cầu giao thông :

Bố trí ngang đỉnh cống , để đảm bảo cho xe có tải trọng 8 đến 10 tấn điqua , chọn mặt cầu rộng 6 m

6- Mố cống :

Bao gồm 2 mố bên và 3 trụ pin giữa.Trên mố bố trí khe phai và khe van Chiều dày trụ pin 1m , chiều dày mố bên trên đỉnh cống rộng 0.6m , đáy rộng2m bằng BTCT liền khối với bản đáy , đầu trụ pin chọn dạng tam giác thượnghạ lưu Chiều dài mố sơ bộ chọn L = 20m

7- Khe lún : Dùng bao tải tẩm nhựa đường 2 lớp

8- Bản đáy cống :

Chiều dài bản đáy cần thỏa mãn các điều kiện thủy lực , ổn định kết cấubên trên , ta chọn bằng chiều dài mố

Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực , phụ thuộc vào bề rộngkhoang cống , tải trọng bên trên và tính chất nền theo kinh nghiệm chọn bảnđáy dày 1m

II/-

ĐƯỜNG VIỀN THẤM : Bao gồm bản đáy cống , sân trước , chân khay

1- Sân trước :

Sân trước làm bằng đất sét , bên trên có đá bảo vệ

a- Chiều dài sân : Xác định theo công thức :

Ls  (34) H = 4*3.43 = 13.72mChọn Ls = 14 m

b- Chiều dày sân :

Chiều dày sân chọn phải thỏa mãn   H/[J]

4- Thoát nước thấm :

Bố trí các lỗ thoát nước trong phần bể tiêu năng , bên dưới có bố trí tầnglọc ngược dưới sân

5- Kiểm tra chiều dài đường viền thấm :

Đường viền thấm phải đảm bảo điều kiện : Ltt  C.H

Trong đó:

- C : Hệ số phụ thuộc loại đất nền, tra bảng P3-1 được C=2.5

- Ltt: Chiều dài tính toán của đường viền thấm

Ltt= Lđ+Ln/m

m: Hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên đoạn thẳng đứng so với đoạn nằm ngang, chọn m=1.5

H: cột nước lớn nhất của cống; H=8,6-2.7 = 5.9 m

Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên góc nghiêng so với phương ngang ≤ 450:

III/- NỐI TIẾP THƯỢNG, HẠ LƯU :

1- Thượng lưu :

Để dòng chảy thuận dòng bố trí tường cánh dạng loe từ mái kênh đếntường bên của cống

2- Hạ lưu :

Tường cánh có góc loe tg  =14o

Sân tiêu năng bằng bê tông

Chiều dày sân sau : t = 0,15 V1  h1

.H = 5,9 m : Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu

q = QTK/B = 50/12 = 4,17 m/s : Lưu lượng đơn vị cuối sân tiêu năng

K = 8 : Hệ số phụ thuộc nền đất dính

Chọn L SS = 26,0 m

PHẦN IV : TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

I/-XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN :

Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay xác định lực đẩy ngược lênđáy công trình Wt và Građien thấm J

H q K

LSS  

m 5 , 25 9 , 5 17 , 4 8

LSS  

Trong đồ án này chỉ tính cho trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạlưu lớn nhất ứng với trường hợp chống lũ

Hmax = Zsôngmax – Zđồngmin = 8.6 – 2.7 = 5.9m

II II/- TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH :

1 Những vấn đề chung:

a Mục đích : Xác định được các thông số cơ bản của dòng thấm wt và J

b Trường hợp tính toán :

- Chọn trường hợp tính toán là bất lợi nhất

- Cột nước cống làm việc, tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạlưu là lớn nhất :

hmax = Zsôngmax - Zsôngmin = 8.6 – 2.7 = 5.9.m

c Phương pháp tính :

Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay và phương pháp tỷ lệ đườngthẳng

2 Tính thấm:

a Vẽ lưới thấm: Bằng phương pháp vẽ đúng dần dựa và các điều kiện sau:

- Tất cả các đường dòng và đường thế phải vuông góc nhau

- Các ô lưới phải là hình vuông cong

- Tiếp tuyến các đường thếvẽ từ các điểm góc của đường viền phảitrùng với phân giác của góc đó

- Các giới hạn của đường lưới thấm:

+ Đường thế đầu tiên : mặt nền thấm thượng lưu

+ Đường thế cuối cùng : mặt nền thấm hạ lưu

+ Đường dòng đầu tiên : đường viền thấm

b Xác định các yếu tố dòng thấm dưới đáy công trình

- Gọi n : là số dải lưới thấm

- Cột nước thấm qua mỗi dải là: H = H/n

- Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ các đường thế cuối cùng i giải được tínhtheo công thức: hx iHn h

Dựa vào hx ta vẽ được biểu đồ áp lực thấm dưới đáy công trình

3 Tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng.

Chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo công thức

m

L L

đ

tt   Sơ bộ lấy Ltt = 35,6m

a Tính áp lực đẩy ngược lên bản đáy:

 Tổng áp lực tác dụng lên bản đáy:

m / T 3 17 20 1 2

16 0 57 1 L 2

H H

- Aùp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược:

m / T 6 58 20 ) 5 0 43 2 ( 1 L ) t h (

W1 n 2       

h h +t

H B

H A

Wth W1

b Tính Gradien dòng thấm:

- Trên đoạn viền thẳng đứng: 0 , 166

6 , 35

9 , 5 L

H J

tt

- Trên đoạn nằm ngang: 0 , 11

5 , 1

166 ,

0 m

J

3- Xác định áp lực thấm :

- Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải được xác định theo công thức :

H = H/n = 5.9/24 = 0.25

- Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ xác định theo công thức :

hx = ix * ( H/n ) (1)Trong đó:

- H: chênh lệch cột nước thượng hạ lưu = 5.9 m

- n :số dải của lưới thấm (n = 24)

- Ix : số dải tính từ điểm tính toán đến đường thế cuối cùng

Dựa vào công thức trên ta vẽ được áp lực thấm dưới đáy công trình Từđó xác định được tổng áp lực thấm tác dụng lên bản đáy

* Cột nước thấm tại điểm A cách đường thế cuối cùng 18 dải là :

48 1 43 4 L 2

H H

- Aùp lực thủy tĩnh đẩy ngược được xác định :

m / T 6 58 20 ) 5 0 43 2 ( 1 L ) t h (

Wtt  n 2       

 Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy cống là :

W = Wtđ + Wtt = 59.1 + 59.6 = 117.7 T/m + Điểm đặt của tổng áp lực đẩy ngược được xác định như sau :

Gọi e là khoảng cách từ điểm đặt lực đến điểm A đáy cống

) a b (

) a 2 b ( 3

L e

4- Xác định lưu lượng thấm đơn vị :

Gọi m là số ống dòng , n là số dãi của lưới thấm.Lưu lượng thấm đơn vịsẽ là :

Trong đó K = 2.10-6 m/s (Đối với đất cát pha)

5- Xác định gradien thấm :

Gradien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là s sẽ là :

6

24

7 10

8 5

8 2 5 3







Dựa vào công thức để vẽ biểu đồ gradien thấm tại cửa ra.

III/- KIỂM TRA ĐỘ BỀN THẤM CỦA NỀN :

Kiểm tra độ bền thấm chung :

Kn

Jk J

tb

tb 

Trong đó Jtb là gradien cột nước trung bìnhtrong vùng thấm tính toán ; Jktb làgradien cột nước tới hạn trung bình tính toán, (tra bảmg ta có Jktb = 0.22).Kn :hệ số tin cậy Kn = 1.15







tt tb T

H J

Trong đó : H : cột nước tác dụng : Ttt : chiều sâu tính toán của nền

Ttt =9.5-1 =8.5;

 là tổng hẹ số cản của đường viền thấm tính theo phương pháp của Trugarep.-Tính  = v + r + đ + n

Trong đó : v , r : hệ số sức kháng ở bộ phận vào và ra Ta coi bộ phận vào và

ra như nhau và không có cừ

H

24 5 5 8

.

So sánh ta thấy Jtb = 0.13 < 0.22/1.15 = 0.191

Kết luận đảm bảo độ bền thấm chung

Kiểm tra độ bền thấm theo điều kiện :

Jra  [Jra]

S n

H S

H i

Trong đó : - Jra là Gradien thấm cục bộ (Đã tính ở trên)

- [Jra] Gradien thấm không cho phép xói ngầm cơ học , đượcxác định theo biểu đồ Ixtômina phụ thuộc vào hệ số khôngđồng đều hạt của đất

Với đất nền là cát pha có  = d60/d10 = 9 ,Tra trên biểu đồ (Hình P3-1)

ta được [Jra] = 0.35

Với tính toán trên ta có JTB = 0.2118  [Jra] = 0.35

Do đó độ bền thấm của nền tại cửa ra đảm bảo không bị xói ngầm cơ học Nhưng theo yêu cầu cấu tạo ta vẫn làm tầng lọc ngược để tăng khảnăng ổn định cho công trình

PHẦN V : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG

I/- MỤC ĐÍCH :

Kiểm tra ổn định cống bao gồm kiểm tra về trượt, lật, đẩy nổi Giới hạn trongphạm vi đồ án ta chỉ tính toán kiểm tra ổn định về trượt của cống

II/- XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN :

Tính với trường hợp bất lợi khi mực nước thượng , hạ lưu chênh lệch lớnnhất

Căn cứ vào điều kiện làm việc của công trình ; trường hợp chống lũ mực nướcngoài sông lớn nhất = 8.5 m và mực nước trong đồng min = 2.5 m Vậy H = 6.0

m

Sơ đồ tính toán là toàn bộ bản đáy với các bộ phận đặt lên nó

III/- TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT :

1- Xác định các lực tác dụng lên công trình :

a/ Các lực đứng : Bao gồm :

- Trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác

- Cửa van, tường ngực, mố cống , bản đáy

- Nước trong cống

- Phần đất giữa hai chân khay (trong phạm vi khối trượt) vàcác lực đẩy ngược (thấm, thủy tĩnh)

 Trọng lượng các mố : Gồm 2 mố bên và1 mố giữa