ĐỒ ÁN THỦY CÔNG CỐNG LỘ THIÊN

tính toán thủy lực cống lộ thiên ứng với các trường hợp thiết kế, ứng với cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế. Tính toán bố trí cốt thép cho cống.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI

Z đồng min

I Vị trí nhiệm vụ công trình.

Cống B xây dựng ven sông Y (chịu ảnh hưởng của vùng thủy chiều) để:

- Tiêu nước cho 30.000 ha ruộng

- Ngăn triều và giữ nước ngọt

- Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông với xe loại 8 – 10 tấn đi qua

II Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.

1 Cấp công trình.

Theo 285-2002 quy chuẩn quốc gia về công trình thủy lợi cấp công trình được xácđịnh theo 2 điều kiện là chiều cao công trình và nhiệm vụ công trình

a Theo chiều cao công trình:

Chiều cao công trình:

H ct=Z sôngmax+d - Z đáykênh=6,1 + 0,7 – (-1) = 7,8(m)

Trong đó : d là độ vượt cao an toàn lấy d=0,7m

Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1- Đồ án môn học thủy công) tương ứng với công trình đập

bê tông trên nền đất ta có cấp công trình là cấp IV

b Theo nhiệm vụ công trình:

Theo 285-2002 với diện tích tiêu là 30.000 ha thì công trình thuộc cấp II

Vậy, ta chon cấp công trình là cấp II

2 Các chỉ tiêu thiết kế.

Dựa và cấp công trình ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế như sau :

- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định, kết cấu : P = 0,5%

- Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác : P = 10%

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG LỘ THIÊN

Mục đích: Xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng

I Tính toán kênh hạ lưu.

Theo phương pháp mặt cắt thủy lực lợi nhất

1 Các tài liệu về kênh:

H=ZsôngTK −Z đáy=3,5−(−1 )=4,5

Với m = 1,5 tra theo phụ lục 8-1 (bảng tra thủy lực) ta có (4mo) = 8,424

Tra phụ lục 8-1 (bảng tra thủy lực) với n = 0,025ta được Rln = 3,468 (m)

Trong đó : Q – lưu lượng của kênh (m3/s)

K – hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh ( K = 0,53)

Kiểm tra điều kiện không xói của kênh

Theo điều kiện khống chế Vmax< VKX

Trong đó Vmax là lưu tốc lớn nhất lòng kênh chính ứng với lưu lượng Qmax

Kết luận: Bề rông kênh là 19 (m).

II Tính toán khẩu diện cống.

trụ dày 1 (m); mố bên lượn tròn dày r = 0,5 (m).

Tính lại φ n , φ g theo trị số của m và ε0 :

b

12,9 15,9 =0,811 tra bảng 8 TCVN 9147-2012

⇒ ∑ b= 95

0,972×0,905×4,5× √ 2×9,81×(4,68−4,5) =12,9(m)

mố trụ dày 1 (m); mố bên lượn tròn dày 0,5 (m)

Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập:

hh = hn= 4,5 ⇒ V0= Q

95 4,55×12,9 = 1,637(m/s)

Độ sâu phân giới:

Với cống tiêu vùng triều, trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất (chân

triều) Z sôngmin=0,15 m; ở phía đồng là mực nước đã khống chế là 3,68 m Trường hợp này

thường tranh thủ mở hết cửa van để điều tiết, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưulượng thiết kế Tuy nhiên, chế độ chảy đó không làm việc trong thời gian dài.

Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên mực nước hạ lưu không phụthuộc và lưu lượng cống Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhất ứng với các mực nước tínhtoán đã chọn ở trên

Qtt = Q tiêu max = 95 (m3/s)

Có thể đào bể, xây tường, tường bể kết hợp Với cống trên nền đất, ta chọn biệnpháp tiêu năng là đào bể

¿ là độ sâu liên hiệp sau nước nhảy

Z2 là chênh lệch đầu nước ở cuối bể và kênh, tính như đập tràn đỉnh rộng

hh là mực nước hạ lưu sau bể hh = Z sông min – Z đáy kênh = 1,15 (m)

d được xác định theo phương pháp thử dần

Khi chưa đào bể, ta có E0 = H0 = 4,82 (m)

Z2= ( √ 2g ϕ q n hh )2− ¿ ¿

= 1,156 (m)

d1=σ n h} } - \( h rSub { size 8{h} } +Z rSub { size 8{2} } \) =1,05 times 2,99− \( 1,15+1,156 \) =0,834 \( m \) } {c ¿ ¿

¿

Ta thấy d1 ¿ d0 Vậy chọn chiều sâu bể là 0,9 (m) để thuận tiện cho thi công

- Chiều dài bể tiêu năng:

P : chiều cao ngưỡng cống so với bể

Ln chiều dài nước nhảy Tính theo công thức kinh nghiệm:

Kích thước bể tiêu năng :

 Chiều dài bể tiêu năng Lb = 12,6 (m)

Chương III: BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG

I Thân cống.

Thân cống bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó

1 Cửa van :

Trong thực tế việc lựa chọn cửa van cần thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật Tronggiới hạn của đồ án ta chọn cửa van phẳng.

2 Tường ngực:

a Các giới hạn của tường:

- Cao trình đáy tường ngực:

Zđt=Ztt+δ

Trong đó:

hợp này,khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống là không áp

 ΔZh' ,η s ' tính với vận tốc gió tính toán bình quân lớn nhất

 a, a’ phụ thuộc vào cấp công trình Công trình cấp II a =0,5; a’ = 0,4 (m)

*Tính Zđỉnh1

- Tính ΔZh : ΔZh=2.10−6 v2D

gH cosαs

Trong đó:

tốc gió lấy vơi tần suất P = 4%)

 H chiều sâu cột nước dưới cống, H = ZsôngTK −Zđc = 3,5 – (-1) =4,5 (m)

 αv s góc kẹp bởi trục dọc cống với hướng gió; αv s = 0.

⇒ ΔZh=2.10−6 v

2D

gH cosαs=2.10−6 24

2×200 9,81×4,5 cos0=0,0071 (m) .

τ¿= 0,56v

0,56×28 9,81 =1,484 (s)

tốc gió lấy vơi tần suất P = 50%).

 D’ đà gió ứng với Zsôngmax; D’ = 300 (m)

 H’ chiều sâu cột nước dưới cống, H’ = Zsôngmax−Zđc = 6,1 – (-1) =7,1 (m)

 αv s góc kẹp bởi trục dọc cống với hướng gió; αv s = 0.

τ¿'= 1,3v

1,3×14 9,81 =1,855 (s)

h¿'= 0,0132v

2

0,0132×1429,81 = 0,264 ( m)

λ¿'= g τ'2

¿

2π =

9,81×1,85522×3,14 = 5,375 (m)

Vậy, chọn cao trình đỉnh tường là 7,1 (m)

b Kết cấu tường ngực : bao gồm bản mặt và các dầm đỡ.

- Chiều cao tường ngực :

Ht = Z đỉnh – Zđ = 7,1–4,501 = 2,6 (m)

- Cấu tạo tường ngực :

Bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh và đáy tường

Bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày bản mặt chọn 0,3 (m)

- Kết cấu tường ngực được chính xác hoá trong tính toán kết cấu ở phần sau

3 Cầu công tác :

Là nơi đặt thiết bị đóng mở và thao tác van Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ

và các cột chống Các cột chống gắn liền với trụ cống Chiều cao cầu công tác đảm bảokhi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí cống khicần Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống Kích thước các bộ phân :

-chiều cao cầu 6m

- Bề rộng cầu: 3 (m)

- Kích thước cột chống: 30x40 (cm)

- Chiều cao lan can: 0,8 (m)

4 Khe phai và cầu thả phai :

bố trí ở đầu và cuối cống, để ngăn nước giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửachữa hay khi gặp sự cố bão lụt lớn

5 Cầu giao thông:

- Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tường ngực Dầm cầu cao 50 cm,mặt cầu dày 30 cm

- Cao trình mặt cầu: Z mặt cầu = 7,1 + 0,5 + 0,3 = 7,9 (m)

- Bề rộng cầu: theo yêu cầu giao thông chọn b = 6 (m)

6 Mố cống:

Bao gồm mố giữa và hai mố bên Trên mố bố trí khe phai và khe van, hình dạng đầu

mố dạng nửa tròn có bán kính r = 0,5 m để đảm bảo điều kiện thuận dòng Mố có tácdụng phân chiều rộng cống thành các khoang để bố trí của van phù hợp với kỹ thuật chếtạo, thi công và năng lực làm việc của các thiết bị đóng mở cửa van Ngoài ra mố bên còn

có tác dụng đỡ cầu công tác, cầu giao thông và các thiết bị đặt trên Mố bên tác dụng liênkết kết cấu cống với bờ Chiều dày mố bên cần đủ lớn để đảm bảo chịu áp lực đất nằmngang

8 Bản đáy:

Dựa vào điều kiện thuỷ lực, ổn định của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên.Chiều dài bản đáy được chọn đủ để bố trí các kết cấu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằngtính toán ổn định cống và độ bền của nền Theo kinh nghiệm ta chọn kích thước bản đáy

sơ bộ:

- Chiều dài bản đáy : L = 18m

- Chiều dày bản đáy t = 1 m

II Đường viền thấm :

Đường viền thấm bao gồm bản đáy công,sân trước,bản cừ và chân khay,kích thướcbản đáy cống chọn như trên,kích thước các bộ phận khác chọn như sau:

1 Sân trước :

Sân trước làm bằng bê tông

- Chiều dài sân : Ls = (3  4)H

H = (Z đồng khống chế - Z đáy kênh) = 3,68 – (-1) = 4,68 (m)

Chọn Ls = 14 (m)

- Chiều dày sân : Sơ bộ chọn t = 1 (m)

2 Bản cừ :

Chọn S = 4 (m) ở đầu thượng lưu

S = 6 (m) ở đầu hạ lưu

3 Chân khay :

Tại 2 đầu bản đáy làm chân khay cắm sâu vào nền 1 m để tăng ổn định và kéo dàiđường viền thấm.

Hình 2: Sơ đồ đường viền thấm

 Lđ: chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn có gócnghiêng > 45º so với phương ngang

III Nối tiếp với thượng, hạ lưu.

1 Nối tiếp với thượng lưu.

Góc mở của tường về phía trước lấy với tg1 =

14Hình thức tường là mặt trụ nối tiếp với kênh thượng lưu, đáy đoạn kênh nối tiếp vớikênh thượng lưu được xây bằng đá có chiều dày 0,5m Phía dưới có tầng đệm cát dày15cm

2 Nối tiếp hạ lưu.

1

5 hình thức tường là tườngthẳng

- Sân tiêu năng: Bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí lỗ thoát nước ở cuối bể Chiều dàysân xác định theo công thức: t = 0.15.V1 √ h1

Trong đó: V1 và h1 là lưu tốc & chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy

Lss = K q .4 HTrong đó:

 q: lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng q =

957 15,9 =5,975 (m

- Đường dòng cuối cùng là biên lớp đất sét

- Đường thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu

- Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang phía thượng lưu

Theo hình vẽ ta có: chọn theo ví dụ giáo trình

- Số dải thế : n= 18

- Số ống dòng : m= 8

2.Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng của dòng thấm

Cột nước tổn thất qua mỗi dải đường thế là :

Δh =ΔZH n = 5,0818 = 0,282

Cột nước thấm tại điểm x cách đường thế cuối cùng I dải :

hx =i.Δh=i ΔZH n =Điểm A : h E= 7,5 Δh = 7,5 0,282 = 2,115 m

Điểm B : h D= 11,8 Δh = 11,8 0,282 = 3,328 m

Biểu đồ áp lực lên đáy công:

Si 1,25 1,75 2,5 3 4

III Kiểm tra độ bền thấm của nền:

1 Kiểm tra độ bền thấm chung: J TB≤

J K TB

K n

J tb k: gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán

(2)

+ Hình chiếu đứng của đường viền :S0 = 6m

+ Hình chiếu bằng của đường viền : L0= 18 + 14 =32

Ta có tỉ lệ L S0

0 = 326 = 5,33Tra bảng 2-1 ( GTTC tập 1 ) ta được T tt = 2,5 S0 =

Ta có : T1=T2= 18m nên thỏa mãn điều kiện 0,5≤

- J k- gradien thấm tới hạn cục bộ.Có thể xác định theo biểu đồ theothông số không đều của đất.

η= d d60

10= 9Tra hình 3-1 ta có : J K = 0,6