Bài giảng cống ngầm

Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.1 Tổng quát 4.1.1 Khái niệm Cống ngầm loại công trình lấy nước, dẫn nước, tháo nước đặt đê, đập,đường… Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.1.2 Phân loại 4.1.2.1 Theo vật liệu xây dựng Cống sành, bêtông, bêtông cốt thép ống kim loại, ống kim loại bọc bê tông bê tông cốt thép 4.1.2.2 Theo hình dạng kết cấu Cống tròn, cống hộp, cống vòm b) c) 70 450 590 Hình 4-1 Các hình thức mặt cắt cống ngầm 70 570 450 1.2 3.5 50 1.5 1.5 3.5 6.0 70 a) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.1.2.3 Theo cách bố trí Đặt trực tiếp mặt nền; đặt hành lang bêtông cốt thép Mỗi cách bố trí có ưu điểm hạn chế riêng Hình 4-2 Ống ngầm đặt hành lang Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.1.2.4 Theo hình thức lấy nước a) Lấy nước kiểu đặt van khống chế hạ lưu: a) R b) 3 2 2 2 2 2 2 2 4 b) Lấy nước kiểu cửa kéo nghiêng: Thường dùng cột nước 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 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP c) Lấy nước kiểu tháp: +Được dùng nhiều hồ có cột nước cao, lưu lượng qua cống lớn +Dùng cửa van để điều chỉnh lưu lượng +Tháp có hai loại: kiểu kín kiểu hở (kiểu cầu cảng với Hd D Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Kiểm tra điều kiện chảy có áp Chế độ chảy cống có áp ổn định thoả mãn điều kiện sau: -Trần cửa vào cống ngập mực nước thượng lưu -Khả lấy nước cửa vào lớn khả tháo toàn cống: µ v ω v Z v > µω ∆Z Với µ= 1 + ∑ ξ j K 2j ; ωv Kj = ωj Zv- Chênh lệch cao độ MNTL cao độ trần cống mặt cắt cuối cửa vào Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Tính toán nối tiếp tiêu sau cống a Tiêu kiểu giếng: Áp dụng với cống tròn có d ≤ 60cm Sơ đồ tính toán: Hình 4-9 Sơ đồ tính toán tiêu kiểu giếng Độ sâu đào bể (giếng): db = σn h”C - (hh + Zr) β     q q     − Với Z r =  '' ;     ϕ n h h 2g   σ n ⋅ h C 2g  VC2 - ZđáyHL + + db 2g Trị số h”C tính với E0 = Z cuối cống Chiều dài bể: Lb = L1 +β.Ln Với L1 - khoảng cách nằm ngang từ đầu bể đến tâm mặt cắt ống, Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP b Tiêu kiểu tường va đập: Áp dụng cống có đường kính d = 60÷80cm Kích thước tiêu chuẩn buồng tiêu kiểu va đập theo kết Nghiên cứu Mỹ hình: Hình 4-10 Sơ đồ buồng tiêu kiểu va đập kích thước tiêu chuẩn Chiều rộng buồng W: W = 1,9 Q exp0,4 (m) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP c Buồng tiêu sau van côn Với cống có d > 80cm, van côn đặt cuối cống, sau van buồng tiêu kín D/c sau loạt phản xạ với tường va đập vào tiêu hao lượng thừa Buồng tiêu chịu tải trọng thuỷ động lớn, có nhiều dạng mặt cắt ngang Loại có mặt cắt hình vuông ưa dùng thực tế Hình 4-11 Sơ đồ buồng tiêu sau van côn Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP b Tính bề rộng cống bc: bc phải đủ lớn đảm bảo điều kiện: ΣZi ≤ [∆Z] với: ΣZi = Z1 + ZP + ZL + ZV + Z2 + iL Với trị số bc, tổn thất cột nước xác định sau: αVb2 Q2 − Tổn thất cửa ra: Z2 = 2g g (ϕ n bhh ) 2  Q   Tổn thất dọc đường tính với i =  ω C R   (4-27) (4-28) αVi Các tổn thất cục ZV, ZL, ZP: xác định theo công thức chung: Z i = ξi 2g 2 Tổn thất cửa vào: Z1 = αV0 Q − 2g g (εϕω ) Lập qhệ bci-ΣZi Từ [∆Z] có bc Ngoài bc cần: đ/k thi công, cấu tạo, sửa chữa, chuẩn hoá, chia khoang Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP c Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống: Chiều cao mặt cắt cống: Hc = h1 + ∆ ; chuẩn hoá cửa van Cao trình đặt cống: - Cao trình đáy cống cửa vào: Zđv = MNC – h1 - ΣZj với h1 - độ sâu d/đều - Cao trình đáy cống cửa ra: Zđr = Zđv - iL; Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu a Trường hợp tính toán: MNTL lớn Q tương ứng lớn Thường chọn MNDBT Q tương ứng P Hình 4-15 Sơ đồ tính toán thuỷ lực mực nước cao thượng lưu ' b Xác định độ mở cống: Q = ϕ ⋅ α ⋅ abc g ( H − αa) ; Với H 0' = H0 – hw a ' ⋅ H   = H  hc hc = τc H0'; α = a Tính F(τ Tra τc Từ a c Kiểm tra trạng thái chảy cống: αq Định tính: cần xác định: hc = α a; hk = g ; h So sánh trị số có dạng đường mặt nước Thường xảy ra: hc < hk < h0 nên dạng đường mặt nước sau van đường nước dâng CI Định lượng: Từ mặt cắt C-C (cách van 1,4a) vẽ cuối cống (pp cộng trực tiếp) có hr Q c) = ϕbc H 0' / a H Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP d Kiểm tra nước nhảy cống: Nước nhảy không xảy cống thoả mãn đồng thời hr < hk hr < hh' − P2 (4-36) Nếu điều kiện không thoả mãn có nước nhảy cống Biện pháp: - Thay đổi độ dốc đáy cống; - Thay đổi vị trí đặt tháp van; - Chấp nhận có nước nhảy cống xác định vị trí, h” hc> h’’ e Tính toán tiêu năng: Chọn d cho: hb = hh + d + Z2 ≥ σhc" Chiều dài bể: Lb = L + β L n Sau bể có sân sau thứ Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.3 Tính toán kết cấu thân cống ngầm 4.3.1 Đặc điểm chịu lực thân cống +Cống ngầm làm việc điều kiện đất, nước bao bọc xung quanh +Lực tác dụng: trọng lượng thân, áp lực đất, áp lực nước ống, tải trọng từ mặt đất truyền xuống, tác dụng nhiệt động đất v.v … + Có nội lực hướng vòng thành ống phương dọc trục ống 4.3.2 Yêu cầu tính toán kết cấu +Đảm bảo điều kiện bền biến dạng thân cống +Đảm bảo an toàn cần tính toán kết cấu cống với nhiều trường hợp khác nhau, +Tính tất đoạn theo phương ngang phương dọc(đơn giản thường tính độc lập từng) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.3.3 Sơ đồ tính toán kết cấu theo phương ngang Các lực chủ yếu tác dụng lên cống ngầm gồm: Áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống ngầm B Bo D1 B +D H/2 B H H/2 Chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố tính chất đất, độ cứng ống, phương pháp chôn chiều sâu đặt ống Bo D1 *Khi ống đặt hào sâu: GB = KTγdH ; H KT – hệ số tập trung áp lực đất thẳng đứng, tra đồ thị phụ thuộc vào tỷ số B D1 - đường kính ống tròn chiều rộng lớn ống hộp *Khi ống đặt mặt phần (hình 4-18) tương đối tốt, độ cứng ống lớn : GB = KHγđHD1 ; KH ( hệ số tập trung áp lực đất) = f( tính chất đất nền, phương pháp đặt ống, chiều sâu chôn, H ,) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Áp lực đất tác dụng lên hai bên cống ngầm Thường phân thành phần lực phân bố phân bố không đều: b) P2 P1 Z1 Z2 Z2 Z1 a) P2 Hình 4-19 Sơ đồ áp lực đất tác dụng lên bên thành cống Với: p1 = γđZ1tg2(450 - ϕ ); P1 p2 = γđZ2tg2(450 - ϕ ); Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Áp lực nước: a) Áp lực nước bên trong: -Cống có áp, gồm: + Thành phần (TP) tuyến tính: tính thuỷ tĩnh với ống vừa đầy nước + TP phân bố gía trị tinh từ mép phía đến đường đo áp - Cống không áp có áp lực thuỷ tĩnh phần nước chứa không đầy ống b) Áp lực nước bên ngoài: Đầy đủ lực tác dụng: nước trọng lực gây đẩy ống, đẩy đất, giảm lực dính, áp lực kẽ rỗng áp lực hữu hiệu đất, áp lực hút mao dẫn Nếu 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 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Trọng lượng 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 Hai thành bên đưa lực tập trung đặt đầu đáy Phản lực Sự phân bố phản lực nền=f(tính chất nền, phương pháp đặt ống,) Dạng phân bố không Trong trình tính toán thường xem gần phân bố Hình 4-20 Sự phân bố phản lực Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.3.4 Nội lực ứng suất dọc trục Nguyên nhân phát sinh nội lực ứng lực theo phương dọc trục: a) Hậu ứng suất hướng vòng ống thuộc trạng thái biến dạng phẳng; b) Tác dụng nhiệt độ; c) Áp lực nước chứa đầy ống thay đổi trục ống đổi hướng mặt cắt ngang thay đổi d) Áp lực đất đắp dọc theo chiều dài ống không nahu; e) Nền đặt công không đêu theo chiều dài ống; g) Động đất Tuỳ trường hợp cụ thể để xét không xét theo phương dọc ống Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.4 Cấu tạo phận cống ngầm R 4.4.1 Bộ phận cửa vào, cửa Tác dụng nối tiếp thân cống với mái đập hướng dòng chảy vào thuận b) a) Có hình thức thẳng, lượn cong dạng tròn elíp Thường bố trí tường hướng dòng theo hình thức mở rộng dần Góc hai tường cửa vào lấy 180 ÷230, Ở cửa 80 ÷120 Cấu tạo cửa cần ý kết hợp với việc bố trí thiết bị tiêu sau cống 4.4.2 Bộ phận thân cống Chia thành đoạn dài 10 ÷20m Nối tiếp tốt đất dắp xung quanh cống (đất sét nện, đầm chặt dày 0,5 ÷1,0m; làm gờ Chiều dày thành ống khoảng 20 ÷50cm Đặt cốt thép, có đổ lớp bêtông lót Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Chỗ nối tiếpgiữa đoạn: + Khớp nối vừa chống thấm vừa đảm bảo cho đoạn kề lún độc lập a) +Nối đầu với b) ống nhỏ không áp + Nối ngàm đầu c) lồng vào dùng cho ống đúc sẵn không áp có áp lực nhỏ Với ống có áp lực lớn, khe nối cần đặt kim loại vòng quanh ống để chống thấm 4 3 a) b) 1 c) Hình 4-23 Thiết bị chống thấm đoạn ống tròn Giấy dầu; Bao tải tẩm nhựa đường; Vữa xi măng; Vòng đai BTCT Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Các ống tròn nhỏ thường đặt hay lớp bêtông lót Trong trường hợp ống ngầm tương đối lớn, ống đặt bệ đỡ bêtông đá xây dày khoảng 40 ÷50cm 90° 120° Hình 4-24 Các kiểu bệ đỡ ống ngầm 180 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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 đoạn thân cứng): làm dày .Thân tháp: thường gồm hai đoạn: đoạn dày hơn; có thiết bị thông khí Đỉnh tháp: ý tạo dáng 4.4.4 Van thiết bị đóng mở - Van tháp thường van phẳng (cũng có dùng van cong) - Chọn theo tiêu chuẩn thiết kế đơn - Xác định lực kéo van, đóng van để chọn thiết bị đóng mở 4.4.5 Cầu công tác - Để vận chuyển thiết bị, lại vận hành kiểm tra - Gồm lan can, bao che, mặt, dầm, cột Cùng tháp van, tạo điểm nhấn kiến trúc thu hút du lịch Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP KẾT THÚC CHƯƠNG CHÚC CÁC BẠN SINH VIÊN HAM HỌC [...]... thi công, cấu tạo, sửa chữa, chuẩn hoá, chia khoang Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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 - ΣZj với h1 - độ sâu d/đều - Cao trình đáy cống ở cửa ra: Zđr = Zđv - iL; Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 2 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu... toàn phần tại mặt cắt trước van (tính đến tâm cống) ; Z0- chênh lệch cao độ từ trục van đến đáy lòng dẫn ra α ⋅ VC2 + EC - năng lượng đơn vị toàn phần của mặt cắt co hẹp E C = h C + 2g Mức độ tiêu năng được chọn phụ thuộc vào số Fr và tra trên hình Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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... về cuối cống (pp cộng trực tiếp) có hr Q c) = ϕbc H 0' 3 / 2 a H 2 3 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP d Kiểm tra nước nhảy trong cống: Nước nhảy không xảy ra trong cống khi thoả mãn đồng thời hr < hk hr < hh' − P2 (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... 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) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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 B Bo D1 B +D H/2 B H H/2 Chịu ảnh... chiều sâu chôn, H ,) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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: b) P2 P1 Z1 Z2 Z2 Z1 a) P2 Hình 4-19 Sơ đồ áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống Với: p1 = γđZ1tg2(450 - ϕ ); 2 P1 p2 = γđZ2tg2(450 - ϕ ); 2 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 3 Áp lực nước: a) Áp lực nước bên trong: -Cống có áp, gồm: + Thành phần... vị trí, h” và hc> h’’ e Tính toán tiêu năng: Chọn d sao cho: hb = hh + d + Z2 ≥ σhc" Chiều dài bể: Lb = L 1 + β L n Sau bể có sân sau thứ 2 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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... dầu; 2 Bao tải tẩm nhựa đường; 3 Vữa xi măng; 4 Vòng đai bằng BTCT Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 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 90° 120° Hình 4-24 Các kiểu bệ đỡ ống ngầm 180 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.4.3 Tháp van - Có bố trí van, rãnh van, thang lên xuống... 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 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.4 Cấu tạo các bộ phận cống ngầm R 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 b) a) Có các hình thức thẳng, lượn cong dạng tròn hoặc elíp Thường bố trí tường hướng dòng... 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 Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP Chỗ nối tiếpgiữa các đoạn: + Khớp nối vừa chống thấm vừa đảm bảo... 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 Σ Σ d P h Hình 4-14 Sơ đồ tính toán thuỷ lực cống ngầm không áp, trường hợp van mở hoàn toàn Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP b Tính bề rộng cống bc: bc phải đủ lớn đảm bảo điều kiện: ΣZi ≤ [∆Z] với: ΣZi = Z1 + ZP + ZL + ZV + Z2 + iL Với mỗi trị số bc, các tổn thất cột nước được xác định như sau: ... Theo hình dạng kết cấu Cống tròn, cống hộp, cống vòm b) c) 70 450 590 Hình 4-1 Các hình thức mặt cắt cống ngầm 70 570 450 1.2 3.5 50 1.5 1.5 3.5 6.0 70 a) Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.1.2.3... thực 4.1.2.5 Theo trạng thái chảy cống: Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4.2 Tính toán thuỷ lực cống ngầm 4.2.1 Cống có cửa van điều tiết hạ lưu Xác định diện cống Trường hợp tính: MNTL nhỏ Q tương... khoang Chương 4-CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP c Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống: Chiều cao mặt cắt cống: Hc = h1 + ∆ ; chuẩn hoá cửa van Cao trình đặt cống: - Cao trình đáy cống cửa vào: Zđv