đồ án thiết kế cống ngầm thủy lợi

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI THIẾT KẾ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC DƯỚI ĐẬP ĐẤT A.NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I Nhiệm vụ ,cấp cơng trình tiêu thiết kế Nhiệm vụ: Cống lấy nước sơng S đảm nhận nhiệm vụ sau: - Cấp nước tưới cho 2560 ruộng đất cánh tác - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân - Kết hợp ni cá lòng hồ, tạo cảnh quan mơi trường, sinh thái phục vụ du lịch 2.Cấp cơng trình: xác định theo điều kiện a) Theo lực phục vụ cơng trình: Tra bảng QCVN 04-05:2012, nhiệm vụ cơng trình cấp nước tưới cho 2650 ruộng ⇒ đất canh tác cơng trình cấp III b) Theo cấp chung cơng trình đầu mối Vì cống cơng trình chủ yếu đầu mối, cấp cơng trình đầu mối xác định phần thiết kế đập đất Ta có: - Xác định sơ cao trình đỉnh đập: Zđđ = MNLTK + d Trong đó: + MNLTK = MNDBT + Hmax = 33 + = 36m + chọn d = 2,5 m bóc bỏ lớp đáy dày 1m đất yếu ⇒ Zđđ = 36 +3 = 39 m - Chiều cao đập: Hđ = Zđđ – Zđáy Với cao trình mặt đất tự nhiên từ mặt cắt địa hình tuyến đập ( đề A ).Có bóc bỏ 0,5m chiều dày lớp đất yếu Zđáy = – 1= m ⇒ Hđ = 39 – 0= 39 m Tra bảng 1: QCVN 04-05:2012, ứng với Hđ = 39 m đất nền đá ta chọn cơng trình cấp II Kết luận: Để cơng trình đảm bảo ta chọn thiết kế cơng trình cấp II Các tiêu thiết kế: từ cấp cơng trình cấp II, dựa vào quy phạm ta xác định tiêu sau: - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn P=1% ( bảng 4-QCVN 04-05-2012) - Hệ số tin cậy K= 1,15 ( QCVN 04-05:2012) - Tần suất gió lớn : P = 2% ⇒ vận tốc gió lớn V = 32 m/s Tần suất gió bình qn lớn : P = 25% m/s.( theo bảng TCVN 8216-2009) SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ⇒ vận tốc gió bình qn lớn V = 14 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI Bảng 3: Tài liệu thiết kế cống ngầm Đặc trưng hồ chứa Đề số Sơ đồ 61 A D (km) MNC (m) MNDBT (m) 2,6 12,4 33 Qcống (m3/s) Khi Khi MNC MNDB (QTK) T 3,3 Mực nước đầu kênh (m) 12,05 II Chọn tuyến hình thức cống Tuyến cống: Bố trí tuyến cống phụ thuộc vào vị trí khu tưới tự chảy, cao trình mực nước khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với cơng trình khác - Ở ta chọn đặt cống bờ phải - Do tầng phủ mỏng nên đặt cống đất đá - Đáy cống thượng lưu chọn cao mực nước bùn cát lắng đọng thấm mực nước chết hồ Hình thức cống: - Vì cống đặt đập đất, mực nước thượng lưu lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý chọn cống ngầm lấy nước khơng áp - Vật liệu làm cống bê tơng cốt thép có mặt cắt hình chữ nhật - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng Trong tháp có bố trí van cơng tác van sửa chữa Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thượng lưu vị trí đặt cống Sơ bố trí cống: - Chọn cao trình đáy cống thấp MNC là: 1m - Cao trình đáy cống : Z đáy cống = MNC – 1=12,4 – 1= 11,4(m) B THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG Kênh hạ lưu thiết kế trước để làm cho việc tính tốn thủy lực cống I Thiết kế mặt cắt kênh: - Mặt cắt kênh tính tốn với lưu lượng thiết kế Qtk = 3,3 (m3/s) - Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (là đất cát pha), sơ chọn tiêu sau: + Độ dốc đáy kênh: i = 2,5.10-4 + Hệ số mái kênh: m = 1,5 tra bảng tính thủy lực phụ lục (8 -1) ta được: 4m0 = 8,424 + Độ nhám lòng kênh: n = 0,025 Xác định bề rộng đáy kênh (b) chiều sâu nước kênh (h): SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI Sơ xác định vận tốc khơng xói theo cơng thức sau: Vkx = K.Q0,1 Trong đó: - Q lưu lượng thiết kế kênh - K hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha: K = 0,53 Vậy thay vào ta được: Vkx = 0,53.3,30,1 = 0,6 (m/s) Xác định b h: - Sơ xác định chiều sâu h, theo cơng thức kinh nghiệm h = 0,5.(1 + VKX ) Q = 0,5.(1 + 0, 6) 3,3 =1,2(m) - Tính tốn theo mặt cắt lợi thủy lực ta có: f(Rln) = - Với: 4m i Qtk 8, 424 2,5.10−4 = 0, 04 3,3 =  f ( Rln ) = 0, 04  n = 0, 025 Tra phụ lục (8 – 1) bảng tính thủy lực ta được: Rln = 0,847 - Với : h 1, = = 1, 417 Rln 0,847 m=1,5 Tra phụ lục (8 –3) ta : b = 4, 015 Rln   h  h = Rln  ÷ = 0,847.1, 417 = 1, 2m   Rln   b = R  b  = 0,847.4, 015 = 3, 4m ÷ ln    Rln  ⇒  Kiểm tra lại điều kiện u cầu: b 3, = = 2,83 h 1, - Ta có tỉ số:  [2 ÷ 5] - Vậy điều kiện để chọn b h đảm bảo II Kiểm tra điều kiện khơng xói: - Vì cần dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát nước nhỏ, nên ta khơng cần kiểm ta điều kiện bồi lắng, kiểm tra điều kện xói lở SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI - Ta có kiểm tra điều kiện xói lở theo cơng thức sau: Vmax < Vkx (1) Trong đó: + Vmax : lưu tốc lớn kênh, tính theo cấp lưu lượng Qmax=KQ Qmax ω Vmax = (2) + Với K hệ số phụ thuộc Q: K = 1,2 + Q lưu lượng thiết kế kênh: Q = 3,3 (m3/s) + Nên ta có: Qmax = K.Q = 1,2.3,3 = 4,0 (m3/s) + Tính theo mặt cắt lợi thủy lực ta có: f(Rln) = + Với: 4m i Qmax 8, 424 2, 5.10−4 = 0, 033 4, =  f ( Rln ) = 0, 033  n = 0, 025 Tra phụ lục (8 – 1) bảng tính thủy lực ta được: Rln = 0,906 + Lập tỉ số : h = 1, 458 Rln b 3,3 = = 3, 753 Rln 0,906 ⇒ Tra phụ lục (8 – 3) bảng tính thủy lực  h     Rln  ta hmax = Rln = 0,906.1,458 = 1,32 (m) + Diện tích ướt: ω = (b + m.hmax) hmax = (3,4+ 1,5.1,32).1,32 = 7,10(m2) 4, 08 = 0,575 7,10 + Thay giá trị vào (2) ta được: Vmax = (m/s) - So sánh điều kiện (1) ta thấy: Vmax = 0,575 < Vkx = 0,6(m/s) Vậy điều kiện khơng xói đảm bảo III Tính độ sâu kênh ứng với cấp lưu lượng: - Tính tốn theo cấp lưu lượng giả thiết tính theo phương pháp mặt cắt lợi thủy lực - Ta có m = 1,5 ; i = 2,5.10-4 ; n = 0,025 ; b = 3,4 (m) • Tính h : ứng với MNDBT có Q = m3/s f ( Rln ) = 4mo i 8, 424 2,5.10−4 = = 0, 0444 Q Với n = 0,025 tra phụ lục (8 –1) bảng tra thủy lực Rln = 0,808 Lập tỷ số : bK 3, = = 4, 208 Rln 0,808 SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI h = 1,385 Rln Với m = 1,5 tra phụ lục (8 –3) :  h  Rln × ÷ = 0,808.1,385 = 1,12  Rln  ⇒ h= m Tính tốn tương tự cho cấp lưu lượng ta xác định độ sâu tương ứng - Ta có bảng tính tốn Q ~ h TT Q (m /s) f(Rln) Rln b Rln 4,08 3,7 3,4 0,0326 0,0360 0,0392 0,035 0,906 0,875 0,847 0,88 3,753 3,886 4,015 4,208 h Rln hk 1,458 1,437 1,417 1,385 1,32 1,26 1,20 1,12 Hình 1: Biểu đồ quan hệ Q~h C TÍNH KHẨU DIỆN CỐNG I Trường hợp tính tốn: Khẩu diện cống với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ lưu lượng lấy nước tương đối lớn Thường tính tốn với trường hợp MNC thượng lưu, hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới Zkc Ta có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu trường hợp là: SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI [∆Z] = MNC - Zkc = 12,4 – 12,05 = 0,35 (m) Để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần phải mở hết cửa van Ta có sơ đồ tính tốn hình Trong đó: + Z1 : tổn thất cột nước cửa vào + Zp : tổn thất khe phai (nếu có) + ZL : tổn thất qua lưới chắn rác + Zv : tổn thất qua tháp van + Z2 : tổn thất cửa + P2 : bậc thụt cửa cống so với đáy kênh hạ lưu: P2 = Zcr - Zđk giả thiết P2 =0 + Zcr : cao trình đáy cống cửa + Zđk : cao trình đáy kênh sau cống SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI Z1 Zp GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI Zl Zv h2 Zv h1 d Hình : Sơ đồ tính toán thủy lực xác đònh diện cống SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 Zh ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI II Tính bề rộng cống bc : Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy lưu lượng cần thiết Q chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện: ∑ Z ≤ [ ∆Z ] i ∑Z (1-1) i Trong : = Z1 + Zp + ZL + Zv + Z2 + i.L Các giá trị giải thích + i: độ dốc dọc cống + L: tổng chiều dài cống Ta có Lc = (Zđđ-Zc).m1 + Bđ + (Zđđ-Zcơ).m2 + Bcơ+ (Zcơ-Zc).m2’ = (39-11,4).4 + 10 + (39-24).3,5 + + (24-11,4).3,75 =217,15(m) + bc : chiều rộng cống Chọn chiều rộng cống bc theo phương pháp thử dần , tổn thất cột nước xác định sau: Tổn thất cửa Xem dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu coi sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, ta có: αVb2 Q2 − 2g g (ϕ n bhh ) Z2 = Trong đó: + bb : bề rộng cuối bể tiêu : bb = bk = 3,4 (m) + hh : chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng thiết kế Q : hh = hk = 1,2(m) + ϕn : hệ số lưu tốc, chọn ϕn = 0,96( theo bảng 14.4 bảng tra thủy lực tương ứng với m=0,36) Giả thiết chiều sâu bể tiêu năng: d = 0,5(m) Chọn α =1,05 , g = 9,81 (m/s2) + Vb : lưu tốc bình qn bể tiêu Q ωb Q bb (hh + d ) Vb = = Thay tất giá trị vào ta được: = 3,3 = 0,57 3, 4.(1, + 0,5) (m/s) 3,32 1, 05.0,57 − = 0, 02 2.9,81.(0,96.3, 4.1, 2) 2.9,81 Z2 = Tổn thất dọc đường Coi dòng chảy cống với độ sâu h1 tính sau: h1 = hh + Z2 = 1,2 + 0,02 = 1,22 (m) SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 (m) ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI Ta có tổn thất dọc chiều dài cống = i.L ; Trong đó: L=217,15(m) ,i độ dốc cống xác định theo cơng thức: i=  Q     ω C R  (3) với : + ω C R tính với mặt cắt cống có bề rộng bc h1 ω = bc.h1 χ = bc + 2.h1 R= C R = R n ω χ + Nên (Với n = 0,012 hệ sơ nhám tra phụ lục J theo TCVN 4118-2012) Các tổn thất cục Zv, Zl, Zp: Được xác định theo cơng thức chung sau: α Vi Zi = ξi 2g Trong đó: + ξi : hệ số tổn thất khe phai, khe van, xác định theo quy phạm tính tốn thủy lực cống sâu Còn lưới chắn rác xác định theo cẩm nang tính tốn thủy lực a Xác định tổn thất sau qua van Zv: Ta có tổn thất qua van: α VV2 2g ZV = 2.ξV Trong đó: + Ta chọn theo tiêu chuẩn C1-75 phụ lục 1: ξV = 0,05 Q ωv Q bc h1 + Lưu tốc qua van: Vv = = b Xác định tổn thất sau qua lưới chắn rác Zl : Ta có tổn thất qua lưới chắn rác: α V L2 ZL = ξL SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 2g ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI 0, 636 1, 05.0,5932 2.9,81 Thay vào ta được: hw= - Xác định H0 : α V02 2g GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG =0,012(m) = ∇MNDBT − Z cv + αVo2 = 35 − 13, 68 = 21,32( m) 2.g H0 = H + Vậy H0’ = H0 - hw = 21,32 – 0,012 = 21,31 (m) + Xác định độ cao mở cống a: (thực tính tốn theo phương pháp thủy lực) Tính F(τc) : F(τc) = Q = = 0, 014 3/2 ϕ bc H '0 0,95.2,3.21,31 α Vì F(τc) < 0,264 nên ta chọn = 0,611 F(τc) = 0,014 tra phụ lục (15-1) BTTL τc = 0,0032 ⇒ Độ mở cống a xác định theo cơng thức : hc τ c H 0' 0, 0032.21,31 a= = = = 0,11 α α 0, 611 (m) - Kiểm tra lại a : 0,95.0, 611.0,11.2,3 2.9,81(21,31 − 0, 611.0,11) = 2,998 Q= ⇒ Q = 2,998 m3/s ≈ QMNDBT = 3(m3/s) Vậy độ mở cống a =0,11m phù hợp III Kiểm tra chảy cống Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr : a Định tính : cần xác định hc , h0 , hk ♦ Độ sâu co hẹp sau van : α hc = a = 0,611.0,11 = 0,067 m ♦ Độ sâu phân giới hk : αq g hk = Với : q= Q = = 1,3 bc 2,3 ⇒ hk = SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 m2/s 1.1,32 = 0,56 9,81 m m3/s ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ♦ Độ sâu dòng h0 : Tính với QMNDBT, bc , ic = 0,000425,m=0(do mặt cắt hình chữ nhật) biết, tìm h0 theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực f ( Rln ) = 4mo i 4, 25.10 −4 = = 0, 055 Q Ta có : Với n = 0,012 tra phụ lục (8 –1) Rln = 0,556 b 2,3 = = 4,137 Rln 0,556 ⇒ Với m = tra phụ lục (8 –3) :  h Rln ×  Rln h = Rln 1,929  ÷ = 0,556.1,929 = 1, 07  ⇒ h0 = m Kết luận : hc < hk < h0 nên dạng đường mặt nước sau van đường nước dâng C b/ Định lượng : Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C – C vẽ cuối cống Mặt cắt C – C cách cửa van khoảng 1,4.a = 1,4 0,11 = 0,154 m, độ dốc cống i=4,25.10-4, bc=2,3m, Q=3(m3/s) Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước.Theo phương pháp khoảng cách hai mặt cắt có độ sâu h1 , h2 : ∆L = Trong đó: ∆∋ i−J α V22 2g ∆∋ = ∋2 - ∋1 ; ∋2 = h2 +  V1  C R       V2  C R  ; ∋1 = h1 +     α V12 2g ; J = J + J1 2 J1 = ; J2 = Kết tính tốn hr thể bảng tính tốn sau: ∋ Mặt h(m) cắt ω R(m) C (m2) 0.067 0.154 V(m/s J Jtb (m) ) 0.063 SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 52.61 19.468 ∆∋ 2.163 19.384 i-Jtb ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI 10 11 0.117 0.167 0.217 0.267 0.317 0.367 0.417 0.467 0.517 0.56 0.269 0.384 0.499 0.614 0.729 0.844 0.959 1.074 1.189 1.288 0.106 0.146 0.183 0.217 0.249 0.278 0.306 0.332 0.357 0.377 57.35 60.46 62.76 64.58 66.08 67.33 68.41 69.35 70.18 70.82 GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG 11.148 7.810 6.011 4.885 4.115 3.554 3.128 2.793 2.523 2.329 0.356 0.114 0.050 0.026 0.016 0.010 0.007 0.005 0.004 0.003 1.259 0.235 0.082 0.038 0.021 0.013 0.008 0.006 0.004 0.003 6.452 3.276 2.058 1.483 1.180 1.011 0.916 0.865 0.841 0.837 -12.932 -3.175 -1.218 -0.575 -0.303 -0.169 -0.095 -0.051 -0.023 -0.005 Chiều dài tính tốn từ mặt cắt co hẹp (c-c) đến cuối cống Ltt= L2 – 1,4a =157,15 – 0,154=158,35(m) Theo kết bảng h= hk=0,56m => L=Lk=112,56 < Ltt=158,35 Vậy có nước nhảy cống SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 -1.259 -0.235 -0.082 -0.038 -0.021 -0.012 -0.008 -0.005 -0.004 -0.003 1 1 1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG Kết luận : Có nước nhảy xảy cống, cần phải xử lý biện pháp sau : - Thay đổi độ dốc đáy cống - Thay đổi vị trí tháp áp van - Chấp nhận có nước nhảy cống phải tính tốn để xác định độ sâu sau nước nhảy đảm bảo khơng chạm trần cống Với trường hợp ta chấp nhận có nước nhảy cống : -Xác định độ sâu sau nước nhảy là: Tính F(τc) : F(τc) = Q = = 0, 014 3/2 φ bc H 0,95.2,3.21,31  F ( τ c ) = 0, 014  φ = 0,95 Tra phụ lục (15 - 1) bảng tra thủy lực ứng với τ c '' = 0,1028 Ta hc '' = τ c '' H 0' = 0,1028.21,31 = 2,1( m) < H c = 2, 2( m)  Vậy độ sâu sau nước nhảy đảm bảo khơng chạm trần cống IV Tính tốn tiêu 1/ Xác định chiều sâu đào bể : Bài tốn đặt xác định chiều sâu bể d để đảm bảo xảy nước nhảy sau cửa cống Muốn cần có : hb ≥ σhc’’ Trong : hb = hh + db + Z2 = 1,2 + d + 0,02 = 1,22 +db σ = 1,1 hệ số ngập hc" - độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp đầu bể, tính với lượng tốn phần E0 Vr2 2g E o = hr + + db + P2 Với : hr , Vr : độ sâu lưu tốc bình qn dòng chảy mặt cắt cuối cống Q = = 1, 09m / s hr bc 1, 2.2,3 hr = hh= 1,2 m ; Vr = P2 : chênh lệch cao độ đáy mặt cắt cuối cống đáy dầu kênh hạ lưu nhỏ nên bỏ qua ⇒ P2 = SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI Giả thiết db = 0,5 m GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ⇒ hb = 1,22 +0,5 =1,72m ⇒ Eo = 1,2 + Fτc = ⇒ ⇒ - 1, 092 2.9,81 + 0,5+0 = 1,76m q Q = = = 0,588 3/ 3/2 ϕ Eo bc ϕ Eo 2,3.0,95.1, 763/2 Tra phụ lục (15 – 1) : hc" = τ c" E0 = 0,598.1, 76 = 1, 05 σ hc" = 1,1.1,05 = 1,16 τ c" = 0,598 m Kiểm tra giả thiết : σ hc" = 1,16 Ta thấy hb = 1,72m ≥ m Vậy : giả thiết db = 0,5 m thỏa mãn đảm bảo nước nhảy ngập bể 2/ Xác định chiều dài bể : theo cơng thức : Lb = L1 + βLn Trong : + L1 – chiều dài nước rơi từ mặt cắt cuối cơng đến đáy bể( tương ứng với bậc P=db=0,5m), xác định theo tầm phóng nước khỏi cống với vận tốc Vr=1,09(m/s), theo chiều ngang Thời gian để làm nước chạm đáy là: = 2P 2.0, = = 0, 319( s) g 9,81 Tầm phóng tương ứng: L1 = Vr t p = 1, 09.0,319 = 0,35 (m) + β = 0,75 + Ln – chiều dài nước nhảy tính theo cơng thức gần Saphơranet Ln = 4,5.hc’’ = 4,5.1,05 = 4,73m ⇒ Lb = 0,35 + 0,75 4,73 = 3,9 m Vậy kích thước bể tiêu db=0,5m, Lb=3,9 m E CHỌN CẤU TẠO CỐNG I Cửa vào, cửa Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng lưu, hạ lưu.Thường bố trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần Góc chụm tường hướng dòng cửa vào lấy khoảng 18 – 230 lớn Góc chụm cửa khơng SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG vượt q 80 – 120 để tránh tượng tách dòng Các tường cánh làm hạ thấp dần theo mái Cấu tạo cửa kết hợp với việc bố trí thiết bị tiêu năng, cần bố trí đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài Lsn II Thân cống Mặt cắt: Cống hộp thường làm bê tơng cốt thép, đổ chỗ Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thường làm vát góc để tránh ứng suất tập trung Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm u cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo: t≥ H [J] Trong đó: + H : cột nước lớn + [J] [J] = 2, = 0,157 14 H = 2,2 m : gradien cho phép thấm vật liệu bê tơng: [J] = 10 –15 ta chọn = 14 Chọn t=0,5m Phân đoạn cống: Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn để tránh rạn nứt lún khơng Chiều dài đoạn phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống, thường khoảng 10 – 20 m Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước Thiết bị chống rò kim loại dùng cho ngang đứng cống hộp có cấu tạo hình vẽ đây: a- 4 b- Hình : Sơ đồ khớp nối cống hộp bê tông SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG a – Nối ngang b – Nối đứng - Bao tải tẩm nhựa đường - Đổ nhựa đường - Tấm kim loại hình Ω - Tấm kim loại phẳng - Vữa đổ sau Khi cột nước tác dụng khơng cao làm thiết bị chóng rò khớp nối kiểu dây thừng tẩm nhựa đường Nối tiếp thân cống với nền: Cống hộp đổ trực tiếp hay lớp bê tơng lót dày 10 - 15cm, khơng phải đá tải trọng lên cống lớn cần phải tăng bề rộng đáy cống để hạn chế ứng suất đáy móng Nối tiếp thân cống với đập: Thường dùng đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày 0,5 – 1m Tại chỗ nối tiếp đoạn cống, làm thành gờ để nối tiếp cống với đất đắp tốt III Tháp van: Vị trí tháp van kiểm tra thơng qua tính tốn thủy lực cống đảm bảo u cầu khác Trong tháp, thường bố trí van cơng tác van sửa chữa cố, cần bố trí lỗ thơng cần thiết (khi có mực nước nhảy cống chiều sâu mực nước nhảy xấp xỉ tới trần cống) Mặt cắt ngang tháp thường làm dạng chữ nhật Chiều dày thành xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm u cầu cấu tạo Thường thành tháp có chiều dày thay đổi (kiểu giật cấp) theo thay đổi áp lực ngồi Phía tháp có nhà để đặt máy đóng mở thao tác van, có nhu cầu cơng tác nối tháp van với đỉnh đập bờ Khi thiết kế tháp van cần ý tới u cầu kiến trúc, tạo cảnh quan đẹp phục vụ mục đích dân sinh kinh tế khác F TÍNH TỐN KHẨU DIỆN CỐNG I Mục đích tính tốn: SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG Xác định nội lực phận cống ứng với trường hợp làm việc khác để từ bố trí cốt thép kiểm tra tính hợp lý chiều dày thành cống chọn II Trường hợp tính tốn: Cần tính tốn cống với trường hợp làm việc khác Khi thi cơng xong, cống chưa có nước Khi thượng lưu MNDBT, cống mở để lấy nước Khi thượng lưu MNDGC, cống đóng Khi có động đất vv… Trong đồ án u cầu tính tốn ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống( mặt cắt đỉnh đập) III Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (Trường hợp cống hộp, tính cho 1mét chiều dài) y MNDBT B=10m m2 = 3,5 Bc m1 =4 h1 m1 = 3,75 h3 o L Ta xác định phương trình đường bão hòa là: Y = h32 − Ta có : SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 2q X Kd ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG  h12 − h32 − Z 02 q = K 2δ sin α   h32 − a02 q = K  d 2( L − m1h3 − m2' a0 )   a q = K d ' m2 + 0.5  L: chiều dài tính từ điểm đầu đường bão hòa đến cuối cống Ta giải hệ phương trình cách thử dần giá trị q, h3, a0 : - Xác định đại lượng hệ phương trình : + Các hệ số thấm đất đắp đập dùng thiết kế : Kđ = 10-5 m/s , K0 = 4.10-9 m/s + Chiều cao mực nước thượng lưu đập : h1 = MNDGC – Zđc =( MNDBT+Hmax) – Zđc = 33+3 – 16,88=19,12(m) Với Zđc : cao trình đỉnh cống, Zđc= Zcv+Hc+2t=13,68+2,2+2.0,5=16,88(m) + Chiều dài tính tốn : L = m1.(Zđđ –Zđc) + Bđập+m2.(Zđđ –Zcơ) +Bcơ+3,75.(Zcơ –Zđc) = (39-16,88) + 10+3,5.(39-24)+3+3,75.(24-16,88)= 180,68 m + Hệ số mái dốc thượng hạ lưu : m1 = ; m2’ = 3,75 + Độ dày trung bình tường nghiêng : δ= δd + δc = 3+7 = 5m + Xác định Z0 : Theo sơ đồ hình vẽ ta có : Z0 = Trong : tg α = δ cos α 1 = = = 0.25 cot gα m1 → = 5.0,97 = 4,85m sin α = 0, 24 α cos = 0,97; - Thay tất giá trị vào hệ phương trình giải hệ ta có: SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG 2  −9 19,12 − h3 − 4,85 q = 4.10  2.5.0, 24   h32 − a02 −5 q = 10  ( 180, 68 − 4.h3 − 3, 75.a0 )   a0 q = 10−5 3, 75 + 0,5  Giải hệ ta được: h3 = 4,2 m a0 = 0,229 m q = 5,4.10-7 (m3/s_m) Vậy ta có phương trình đường bão hòa là: Y = h32 − 2q X Kd ⇔ Y = h32 − ⇔ 2q X Kd 2 Y = 4,2 - 2.5, 4.10−7 10−5 X = 17,64 – 0,108X Áp lực đất: a Trên đỉnh: Được xác định sau q1 = K.∑γiZi Trong đó: + Zi γi : tương ứng chiều dày dung trọng lớp đất đắp đỉnh cống( phần đường bão hòa tính theo dung trọng tự nhiên; phần đường bão hòa tính theo dung trọng đẩy nổi) Trong đồ án ta tính tốn cho mặt cắt cống đỉnh đập Ta có: XA=(Zđđ-Zđc).m1+ B - h3.m1=(39-16,88).4+5 – 4,2.4 =76,68(m) 17, 64 − 0,108.76, 68 YA = Z2= = 3,1(m)  Chiều dày lớp đất đường bão hòa là: Z1=(39-16,88) – 3,1=19,02m  Chiều dày lớp đất đập đường bão hòa :Z2=3,1m Đất đắp đập có tiêu sau: SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI Loại tiêu ϕ HS Độ ẩm rỗng n W % Đất đắp đập (chế 0,35 bị) γ = γ dap = γ kd (1 + 20 GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG γk C ( T/m2 ) ( Độ ) ( T/m3) Tự nhiên Bảo hòa Tự nhiên Bão hòa 23 20 3,0 2,4 1,62 K ( m/s) 10-5 w) = 1,62(1+0,2) = 1,944 (T/m3) γ = γ bhdap = γ kdap + γ n n = 1,62 + 1.0,35 = 1,97 (T/m3) γ dn dap = γ bh dap − γ n = 1,97 − = 0,97(T / m )  + K : hệ số phụ thuộc vào điều kiện đặt cống H f   B0    Chọn ống chơn hào : K = Ở ta chọn K = Thay vào ta : q1 = 1.(19,02.1,944 + 3,1.0,97) = 40,0(T/m) b Hai bên: Biểu đồ áp lực có dạng hình thang Trên đỉnh: P1 = q1.tg2(450 Dưới đáy: đẩy ϕ ) = 40.tg2(450 ϕ 20 ) = 19,61 (T/m) 20 P1’ = q1’.tg2(450 - ) = 43,1.tg2(450 - ) = 21,13 (T/m) Trong đó: q1’ = q1 + γđn.H = 40 + 0,97.(Hc+2t) =40+0,97.(2,2+2.0,5)= 43,1 (T/m) + γđn : dung trọng đất đắp hai bên thành cống, lấy theo dung trọng + H= Hc+2t= 2,2+2.0,5=3,2m Áp lực nước : Gồm áp lực nước bên ngồi cống (bên cống khơng có nước) Áp lực ngồi cống tác dụng đỉnh, bên đáy cống Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thủy tĩnh: Trên đỉnh: q2 = γn.Z2 = 1.3,1 = 3,1 (T/m) SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI Hai bên: Dưới đáy: GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG P2 = γn.Z2 = 1.3,1 = 3,1 (T/m) P2’ = γn.(Z2 + H) = 1.(3,1 + 3,2) = 6,3 (T/m) q3 = γn.(Z2 + H) = 1.(3,1 + 3,2) = 6,3 (T/m) Trọng lượng thân: a Tấm nắp: Được xác định sau: q4 = γbt.tn = 2,5.0,5 = 1,25 (T/m) Trong đó: + tn : chiều dày nắp Chọn tn = 0,5 + Dụng trọng γbt = 2,5(T/m) b Tấm bên: (phân bố theo phương đứng) q5 = γbt.tb = 2,5.0,5 = 1,25 (T/m) Trong đó: + tb : chiều dày bên Chọn tb = 0,5 + Dụng trọng γbt = 2,5 (T/m) c Tấm đáy: q6 = γbt.tđ = 2,5.0,5 = 1,25 (T/m) Trong đó: + tđ : chiều dày đáy Chọn tđ = 0,5 + Dụng trọng γbt = 2,5 (T/m) Phản lực nền: Biểu đồ phân bố lực phản lực phụ thuộc vào loại cách đặt ống, thường pn khơng phân bố đều, song tính tốn xem gần phân bố Khi ta xác định qn sau: q5 ( H − t d − tn ) pn = q1 + q2 - q3 + q4 + q6 + Bc + 2t = 40 + 3,1 – 6,3 + 1,25 + 1,25 +2 = 41 (T/m) SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 1, 25 ( 3, − 0,5 − 0,5 ) 2,3 + 2.0,5 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ÐÐ Z1 MNN P2 q1 q2 q4 P1 q5 P'2 P'1 P1 P2 q5 q3 q6 qn H P'1 P'2 Sơ đồ lực tác dụng lên cống ngầm Sơ đồ lực cuối trường hợp cống khơng có nước: a Các lực thẳng đứng: Phân bố đỉnh: q = q1 + q2 + q4 = 40 + 3,1 + 1,25 = 44,35 (T/m) Phân bố hai bên thành: q5 = 1,25 (T/m) Phân bố đáy: q’n = qn– q6 + q3 = 41 – 1,25 + 6,3 = 46,05 (T/m) b Các lực nằm ngang: Bộ phận đều: P = P1 + P2 = 19,61 + 3,1 = 22,71 (T/m) Bộ phận tuyến tính: Pt = P1’ + P2’ – P1 – P2 = 21,13+ 6,3 – 19,61 – 3,1 = 4,72 (T/m) SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 Z2 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ÐÐ Z1 MNN q P q5 Pt Sơ đồ lực tổng hợp tác dụng lên thân cống tính kết cấu theo phương ngang SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 P q5 q'n I.KẾT LUẬN: Nội dung đồ án gồm phần chính: I Những vấn đề chung: - Nêu nhiệm vụ - Cấp cơng trình, - Các tiêu thiết kế, - Chọn tuyến hình thức cống II Thiết kế kênh hạ lưu cống: - Thiết kế mặt cắt kênh - Kiểm tra điều kiện xói lở - Tính độ sâu kênh ứng với cấp lưu lượng III Tính tốn diện cống: Nêu trường hợp cần tính tốn Tính bề rộng cống Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống Z2 H Pt ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG IV Kiểm tra trạng thái chảy tính tốn tiêu năng: Nêu trường hợp tính tốn Xác định độ mở cống Kiểm tra nước nhảy cống Tính tốn tiêu V Chọn cấu tạo cống: Chọn cấu tạo cửa vào, cửa Thân cống: Mặt cắt, phân đoạn, nối tiếp thân cống với với đập Vị trí tháp van VI Tính tốn kết cấu cống: Nêu mục đích tính tốn Nêu trường hợp tính tốn Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống: - Áp lực đất: đỉnh, hai bên cống - Áp lực nước: đỉnh, bên đáy cống - Trọng lượng thân: nắp, bên, đáy - Phản lực - Tính tốn lực thẳng đứng, nằm ngang cống khơng có nước Bản vẽ: Bản vẽ thể giấy A1 gồm: - Mặt cắt dọc cống - Mặt cống - Chính diện thượng, hạ lưu - Mặt cắt ngang cống, tháp tường cách thượng hạ lưu - Chi tiết: khớp nối cho ngang đứng Các tài liệu tham khảo: - Giáo trình cơng trình hệ thống thủy lợi - Thiết kế cống - TCVN C1-75, TCVN 4118-2012 - Bảng tra thủy lực SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 [...]... Z2 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ÐÐ Z1 MNN q P q5 Pt Sơ đồ lực tổng hợp tác dụng lên thân cống khi tính kết cấu theo phương ngang SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 P q5 q'n I.KẾT LUẬN: Nội dung đồ án gồm các phần chính: I Những vấn đề chung: - Nêu nhiệm vụ - Cấp cơng trình, - Các chỉ tiêu thiết kế, - Chọn tuyến và hình thức cống II Thiết kế kênh hạ lưu cống: ... có sơ đồ tính tốn được thể hiện ở hình vẽ dưới đây SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI H1 a Z2 hc hr L2 d Lb Hình 3 : Sơ đồ tính toán thủy lực khi mực nước cao ở thượng lưu SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 hh ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG II Xác định độ mở cống: (Tính theo sơ đồ chảy... 0.0 0.0 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI Từ kết quả tính tốn ở bảng và biểu đồ ta chọn bề rộng cống bc=2,3m với tổng tổn thất ∑Z ≤ [ ∆Z ] = 0,35m i cột nước =0,21m là phù hợp đồng thời thỏa mãn điều kiện khống chế bc ≥ 1÷1,2m để tiện kiểm tra,sửa chữa,đảm bảo điều kiện thi cơng III Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống 1 Chiều cao mặt cắt cống: Ta... đất đắp hai bên thành cống, lấy theo dung trọng + H= Hc+2t= 2,2+2.0,5=3,2m 2 Áp lực nước : Gồm áp lực nước bên ngồi cống (bên trong cống khơng có nước) Áp lực ngồi cống tác dụng ở trên đỉnh, 2 bên và dưới đáy cống Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thủy tĩnh: Trên đỉnh: q2 = γn.Z2 = 1.3,1 = 3,1 (T/m) SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI Hai bên: Dưới... đoạn cống: Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lún khơng đều Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, thường khoảng 10 – 20 m Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước Thiết bị chống rò bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp có cấu tạo như hình vẽ dưới đây: 5 2 a- 3 1 4 4 1 b- 2 Hình 4 : Sơ đồ khớp nối của cống. .. Chọn tuyến và hình thức cống II Thiết kế kênh hạ lưu cống: - Thiết kế mặt cắt kênh - Kiểm tra điều kiện xói lở - Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng III Tính tốn khẩu diện cống: 1 Nêu các trường hợp cần tính tốn 2 Tính bề rộng cống 3 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống Z2 H Pt ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG IV Kiểm tra trạng thái chảy... dày thành cống đã chọn II Trường hợp tính tốn: Cần tính tốn cống với các trường hợp làm việc khác nhau Khi mới thi cơng xong, trong cống chưa có nước Khi thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng Khi có động đất vv… Trong đồ án chỉ u cầu tính tốn ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống( mặt cắt ở giữa đỉnh đập) III Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (Trường... (c-c) đến cuối cống là Ltt= L2 – 1,4a =157,15 – 0,154=158,35(m) Theo kết quả bảng trên khi h= hk=0,56m => L=Lk=112,56 < Ltt=158,35 Vậy có nước nhảy trong cống SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 -1.259 -0.235 -0.082 -0.038 -0.021 -0.012 -0.008 -0.005 -0.004 -0.003 1 1 1 1 1 1 1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG Kết luận : Có nước nhảy xảy ra trong cống, do đó cần... tốn 2 Xác định độ mở cống 3 Kiểm tra nước nhảy trong cống 4 Tính tốn tiêu năng V Chọn cấu tạo cống: 1 Chọn cấu tạo cửa vào, cửa ra 2 Thân cống: Mặt cắt, phân đoạn, nối tiếp thân cống với nền với đập 3 Vị trí tháp van VI Tính tốn kết cấu cống: 1 Nêu mục đích tính tốn 2 Nêu các trường hợp tính tốn 3 Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống: - Áp lực đất: trên đỉnh, hai bên cống - Áp lực nước:... cầu cơng tác nối tháp van với đỉnh đập hoặc bờ Khi thiết kế tháp van cần chú ý tới u cầu kiến trúc, tạo cảnh quan đẹp phục vụ các mục đích dân sinh kinh tế khác F TÍNH TỐN KHẨU DIỆN CỐNG I Mục đích tính tốn: SVTH: Nguyễn Tấn Lâm- 53CTL1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI MAI GVHD:Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau để từ