Bài giảng cống ngầm

Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬPc Lấy nước kiểu tháp: +Được dùng nhiều ở các hồ có cột nước cao, lưu lượng qua cống lớn.. Sơ đồ tính khẩu diện cống ngầm có áp với tháp và van sửa chữa TL

Trang 1

Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP

4.1 Tổng quát

4.1.1 Khái niệm

Cống ngầm là loại công trình lấy nước, dẫn nước, tháo nước đặt dưới đê, đập,đường…

Trang 2

4.1.2 Phân loại

4.1.2.1 Theo vật liệu xây dựng

Cống sành, bêtông, bêtông cốt thép và ống kim loại,

ống kim loại bọc bê tông hoặc bê tông cốt thép

Trang 3

4.1.2.3 Theo cách bố trí

Đặt trực tiếp trên mặt nền; đặt trong hành lang bằng bêtông cốt thép

Mỗi cách bố trí có ưu điểm và hạn chế riêng

Hình 4-2 Ống ngầm đặt trong hành lang

Trang 4

4.1.2.4 Theo hình thức lấy nước

a) Lấy nước kiểu đặt van khống chế ở hạ lưu:

b) Lấy nước kiểu cửa kéo nghiêng: Thường dùng khi cột nước và lưu lượng nhỏ Khối

lượng ít, thiết bị đóng mở đơn giản Cửa van dễ bị han rỉ hư hỏng, kiểm tra sửa chữa khó khăn, khó khống chế Q

3

2 2 2 2 2 2 2 2

3

2 2 2 2 2 2 2

2

Trang 5

c) Lấy nước kiểu tháp:

+Được dùng nhiều ở các hồ có cột nước cao, lưu lượng qua cống lớn

+Dùng cửa van để điều chỉnh lưu lượng

+Tháp cũng có hai loại: kiểu kín và kiểu hở (kiểu cầu cảng với Hd<7,0m)

Hình 4-5 Các loại tháp lấy nước kiểu kín.

a) Lấy nước ở đáy; b) Lấy nước 2 tầng.

+Tháp có thể ở vị trí I (chân mái TL), II (ở giữa mái TL đập), III (sát đỉnh đập) Nhược điểm:

- Lấy nước ở quá sâu nên nhiệt độ thấp không có lợi cho cây trồng

- Cửa van làm việc dưới cột nước cao, dòng chảy xiết, dễ gây rung động và xâm

thực

4.1.2.5 Theo trạng thái chảy trong cống:

cống chảy có áp và cống không áp Có phối hợp

Trang 6

4.2 Tính toán thuỷ lực cống ngầm

4.2.1 Cống có cửa van điều tiết ở hạ lưu

1 Xác định khẩu diện cống

Trường hợp tính: MNTL nhỏ và Q tương ứng lớn, cửa van mở hoàn toàn

Công thức tính có áp như sau: với hoặc

Cách xác định MNHL:

+Khi tâm m/c cửa ra cao hơn MNHL thì lấy từ MNTL tới tâm m/c hạ lưu

+Khi tâm m/c cửa ra thấp hơn MNHL thì lấy từ MNTL tới MNHL

Kh = ; Ki =

Hình 4-8 Sơ đồ tính khẩu diện cống ngầm có áp với tháp và van sửa chữa TL, van công tác kiểu khoá ở HL

Bài toán tìm khẩu diện cống được giải bằng phương pháp đúng dần đến Q = Qtk Trị số đường kính ống được chọn ( Dc) còn phụ thuộc vào điều kiện thi cống, cấu

tạo, Dc > D

o

Z g

2 2

1

i i

∑

+

=

i h

µ

2 1

Z 2

1

2 1

2-2 1-1

hh

Trang 7

2 Kiểm tra điều kiện chảy có áp

Chế độ chảy trong cống sẽ là có áp ổn định khi thoả mãn cả 2 điều kiện sau:

-Trần cửa vào cống ngập dưới mực nước thượng lưu -Khả năng lấy nước của cửa vào lớn hơn khả năng tháo của toàn cống:

Với ;

Zv- Chênh lệch giữa cao độ MNTL và

cao độ trần cống tại mặt cắt cuối cửa vào

K

ω ω

=

Trang 8

3 Tính toán nối tiếp và tiêu năng sau cống

a Tiêu năng kiểu giếng: Áp dụng với các cống tròn có d ≤ 60cm

Sơ đồ tính toán:

Hình 4-9 Sơ đồ tính toán tiêu năng kiểu giếng

Độ sâu đào bể (giếng):

2

h n

r

2g h

σ

q 2g

=

2g

V2 C

Trang 9

b Tiêu năng kiểu tường va đập:

Áp dụng đối với các cống có đường kính d = 60 ÷ 80cm

Kích thước tiêu chuẩn của buồng tiêu năng kiểu va đập theo kết quả Nghiên cứu của Mỹ như hình:

Hình 4-10 Sơ đồ buồng tiêu năng kiểu va đập và các kích thước tiêu chuẩn

Chiều rộng buồng W: W = 1,9 Q exp0,4 (m)

Trang 10

c Buồng tiêu năng sau van côn

Với cống có d > 80cm, van côn đặt ở cuối cống, sau van là buồng tiêu năng kín

D/c sau một loạt phản xạ với tường và va đập vào nhau sẽ tiêu hao năng lượng thừa Buồng tiêu năng chịu một tải trọng thuỷ động lớn, có nhiều dạng mặt cắt ngang

Trang 11

Phương pháp tính kích thước ngang của buồng tiêu năng sau van côn:

Kích thước của buồng phụ thuộc vào mức độ tiêu hao năng lượng yêu cầu:

, Trong đó:

+ EA là năng lượng đơn vị toàn phần của dòng chảy ở mặt cắt A-A

ϕ - hệ số lưu tốc khi chảy từ van, xác định theo biểu đồ thực nghiệm;

H0- cột nước toàn phần tại mặt cắt trước van (tính đến tâm cống);

Z0- chênh lệch cao độ từ trục van đến đáy lòng dẫn ra

+ EC - năng lượng đơn vị toàn phần của mặt cắt co hẹp

Mức độ tiêu năng được chọn phụ thuộc vào số Fr và tra trên hình

A

C A

E

EE

0 0

2 C C

C

⋅ +

=

Trang 12

4.2.2 Cống ngầm lấy nước kiểu tháp (cống ngầm không áp)

1 Tính toán khẩu diện cống

a Trường hợp tính toán

Chênh lệch mực nước TL, HL nhỏ và Q tương ứng tương đối lớn

Thường tính với trường hợp MNC ở thượng lưu và Q tương ứng

Hình 4-14 Sơ đồ tính toán thuỷ lực cống ngầm không áp, trường hợp van mở hoàn toàn

Σ

P hd

Σ

Trang 13

2 2

Q

2 )

( 2

2 0 2

2 α

Trang 14

c Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống:

Chiều cao mặt cắt cống:

Hc = h1 + ∆ ; chuẩn hoá cửa van

Cao trình đặt cống:

- Cao trình đáy cống ở cửa vào:

Zđv = MNC – h1 - Σ Zj

với h1 - độ sâu d/đều

- Cao trình đáy cống ở cửa ra: Zđr = Zđv - iL;

Trang 15

2 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng

a Trường hợp tính toán:

MNTL lớn và Q tương ứng lớn Thường chọn MNDBT và Q tương ứng

Hình 4-15 Sơ đồ tính toán thuỷ lực khi mực nước cao ở thượng lưu

b Xác định độ mở cống: Q = ; Với H0' = H0 – hw

Tính F(τc) = Tra ra và τc Từ đó a = và hc = τc H0'; α =

c Kiểm tra trạng thái chảy trong cống:

Định tính: cần xác định: hc = α a; hk = ; h0

So sánh 3 trị số này có dạng đường mặt nước

Thường xảy ra: hc < hk < h0 nên dạng đường mặt nước sau van là đường nước dâng

CI

Định lượng: Từ mặt cắt C-C (cách van 1,4a) vẽ về cuối cống (pp cộng trực tiếp) có hr

P

) (

2 '

0 a H

' 0

H b

g q

α

Trang 16

d Kiểm tra nước nhảy trong cống:

Nước nhảy không xảy ra trong cống khi thoả mãn đồng thời

(4-36) Nếu một trong 2 điều kiện trên không thoả mãn thì có nước nhảy trong cống Biện pháp:

- Thay đổi độ dốc đáy cống;

- Thay đổi vị trí đặt tháp van;

- Chấp nhận có nước nhảy trong cống và xác định vị trí, h” và hc> h’’.

e Tính toán tiêu năng:

Chiều dài bể: Lb = L1 + β Ln .

Sau bể có sân sau thứ 2

2 ' P h

h

h h

h r

k r

−

<

Trang 17

4.3 Tính toán kết cấu thân cống ngầm

4.3.1 Đặc điểm chịu lực của thân cống

+Cống ngầm làm việc trong điều kiện đất, nước bao bọc xung

quanh

+Lực tác dụng: trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước

trong và ngoài ống, các tải trọng từ trên mặt đất truyền xuống, các tác dụng nhiệt và động đất v.v …

+ Có nội lực hướng vòng thành ống và phương dọc trục ống.

4.3.2 Yêu cầu tính toán kết cấu

+Đảm bảo điều kiện bền và biến dạng của thân cống.

+Đảm bảo an toàn cần tính toán kết cấu cống với nhiều trường hợp khác nhau,

+Tính tất cả các đoạn theo phương ngang và phương dọc(đơn

giản thường tính độc lập từng)

Trang 18

4.3.3 Sơ đồ tính toán kết cấu theo phương ngang

Các lực chủ yếu tác dụng lên cống ngầm gồm:

1 Áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống ngầm

Chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố như tính chất của đất, độ cứng của ống, phương pháp chôn và chiều sâu đặt ống trong nền

*Khi ống đặt trong hào sâu: GB = KTγdH ;

KT – hệ số tập trung của áp lực đất thẳng đứng, tra đồ thị phụ thuộc vào tỷ số

D1 - đường kính ngoài của ống tròn hoặc chiều rộng lớn nhất của ống hộp

*Khi ống đặt ngay trên mặt nền hoặc một phần trong nền (hình 4-18) nếu nền tương đối tốt, độ cứng của ống lớn : GB = KHγđHD1 ;

K H ( hệ số tập trung áp lực đất) = f( tính chất đất nền, phương pháp đặt ống, chiều sâu chôn, ,)

1

D H

Trang 19

2 Áp lực đất tác dụng lên hai bên cống ngầm

Thường phân ra thành phần lực phân bố đều và phân bố không đều:

Hình 4-19 Sơ đồ áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống

Trang 20

- Cống không áp chỉ có áp lực thuỷ tĩnh của phần nước chứa không đầy ống.

b) Áp lực nước bên ngoài:

Đầy đủ các lực tác dụng: nước trọng lực gây đẩy nổi ống, đẩy nổi đất, giảm lực dính, áp lực kẽ rỗng và áp lực hữu hiệu của đất, áp lực hút mao dẫn

Nếu chỉ xét riêng thành phần áp lực thuỷ tĩnh có:

- Áp lực nước phân bố không đều;

- Áp lực nước phân bố đều;

- Trọng lượng nước đè lên ống

– Áp lực đẩy nổi

Trang 21

4 Trọng lượng bản thân cống

a) Ống có tiết diện tròn: Lực phân bố q = γb.δ;

b) Ống có tiết diện hình chữ nhật:

Tính theo công thức trên

Hai thành bên có thể đưa về lực tập trung đặt 2 đầu bản đáy

5 Phản lực nền

Sự phân bố phản lực nền=f(tính chất của nền, phương pháp đặt ống,)

Dạng phân bố không đều

Trong quá trình tính toán thường xem gần đúng như là phân bố đều

Hình 4-20 Sự phân bố của phản lực nền

Trang 22

d) Áp lực đất đắp dọc theo chiều dài ống không như nahu;

e) Nền đặt công không phải không đêu theo chiều dài ống;

g) Động đất.

Tuỳ từng trường hợp cụ thể để xét hoặc không xét theo phương

dọc của ống

Trang 23

4.4 Cấu tạo các bộ phận cống ngầm

4.4.1 Bộ phận cửa vào, cửa ra

Tác dụng nối tiếp thân cống với mái đập và hướng dòng chảy vào ra được thuận.

Có các hình thức thẳng,

lượn cong dạng tròn hoặc elíp.

Thường bố trí tường hướng dòng

theo hình thức mở rộng dần.

Góc giữa hai tường ở cửa vào lấy 180 ÷ 230, Ở cửa ra 80 ÷ 120

Cấu tạo cửa ra cần chú ý kết hợp với việc bố trí các thiết bị tiêu năng sau cống.

4.4.2 Bộ phận thân cống

Chia thành từng đoạn dài 10 ÷ 20m

Nối tiếp tốt đất dắp xung quanh cống (đất sét nện, đầm chặt dày 0,5 ÷ 1,0m; làm các gờ

Chiều dày thành ống khoảng 20 ÷ 50cm

Đặt cốt thép, có đổ một lớp bêtông lót

R

Trang 24

Chỗ nối tiếpgiữa các đoạn:

+ Khớp nối vừa chống thấm vừa đảm bảo cho 2 đoạn kề nhau lún độc lập

+Nối đầu bằng với

Hình 4-23 Thiết bị chống thấm của các đoạn ống tròn

1 Giấy dầu; 2 Bao tải tẩm nhựa đường; 3 Vữa xi măng; 4 Vòng đai bằng BTCT

3

4 2

1

4

3

b) a)

Trang 25

Các ống tròn nhỏ thường đặt ngay trên nền hay trên lớp bêtông lót

Trong trường hợp ống ngầm tương đối lớn, ống đặt trên bệ đỡ bằng bêtông hoặc đá xây dày khoảng

40 ÷ 50cm.

Hình 4-24 Các kiểu bệ đỡ ống ngầm

90°

Trang 26

4.4.3 Tháp van

- Có bố trí van, rãnh van, thang lên xuống kiểm tra, thiết bị quan trắc.

- Đỉnh tháp có bố trí thiết bị đóng mở: gồm

Đáy tháp (gắn với một đoạn thân cứng): làm dày hơn.

.Thân tháp: thường gồm hai đoạn: đoạn dưới dày hơn; có thiết bị thông khí

Đỉnh tháp: chú ý tạo dáng.

4.4.4 Van và thiết bị đóng mở

- Van trong tháp thường là van phẳng (cũng có khi dùng van cong).

- Chọn theo tiêu chuẩn hoặc thiết kế đơn chiếc.

- Xác định lực kéo van, đóng van để chọn thiết bị đóng mở.

4.4.5 Cầu công tác

- Để vận chuyển thiết bị, đi lại vận hành kiểm tra.

- Gồm lan can, bao che, bản mặt, dầm, cột Cùng tháp van, tạo điểm nhấn về kiến trúc thu hút du lịch.

Trang 27

KẾT THÚC CHƯƠNG 4

CHÚC CÁC BẠN SINH VIÊN HAM HỌC

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	2,89 MB