Đồ án môn học Thiết kế cống ngầm

Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI THIẾT KẾ CỐNG NGẦM Mà ĐỀ: 56 A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I Nhiệm vụ công trình Hồ chứa nước H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái phục vụ du lịch II Các công trình chủ yếu khu đầu mối: Một đập ngăn sông Một đường tràn tháo lũ Một công đặt đập để lấy nước III Tóm tắt số tài liệu bản: Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng 1.Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5÷ 1m Vật liệu xây dựng: a) Đất: xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m 3, cự ly 800m); B (trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, tiêu bảng Điều kiện khai thác bình thường Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b) Đá: khai thác vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lí : ϕ = 23o; n = 0,35(của đống đá); gk = 2,5 T/m3 c) Cát, sỏi: khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối bảng Chỉ tiêu Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liêu đắp đập Hệ số Độ ẩm j (độ) C (T/m2) gk k Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Tự Bão Tự Bão nhiên hoà nhiên hoà 20 23 20 3,0 0,42 22 17 13 Cát 0,40 18 30 Đất 0,39 24 26 rỗng n W(%) 0,35 Sét (chế bị) Loại Đất đắp đập (chế bị) (T/m3) (m/s) 2,4 1,62 10-5 5,0 3,0 1,58 4.10-9 27 0 1,60 10-4 22 1,0 0,7 1,59 10-6 Bảng 2- Cấp phối vật liệu đắp đập d (mm) d10 d50 d60 Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08 Cát 0,05 0,35 0,4 Sỏi 0,50 3,00 5,00 Loại Đặc trưng hồ chứa: - Mực nước dâng bình thường: 31.4 m - Mực nước chết: 11.4m - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn Hmax = 3m - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%: Đề số 56-A P% 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu(m) D(km) MNC (m) MNDBT (m) Bình thường 3.1 11.4 31.4 7.7 Q cống (m3/s) Max Khi MNC (Qtk) Khi MNDBT MN đầu kênh (m) 9.2 3.5 11.05 Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 5- Tài liệu thiết kế cống: - Lưu lượng thiết kế lấy ứng với MNDBT: Qcống = 3,5 m3/s MNC Qtk = m3/s - Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Zkt = 11.05 m - Tài liệu kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025:độ dốc đáy = (3 → 5).10-4 i NỘI DUNG THIẾT KẾ I Những vấn để chung Nhiệm vụ, cấp công trình tiêu thiết kế a) Nhiệm vụ Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến - Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân - Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch b) Cấp công trình - Theo nhiệm vụ công trình: theo bảng 2.1 TCXDVN 285-2002 cấp công trình cấp III - Theo chiều cao công trình: ∇ dd =MNLTK + 3m = MNDBT + 6m = 31.4 + = 37.4m Theo bảng 2.2 TCXDVN 285-2002 cấp công trình cấp II Vậy cấp thiết kế công trình cấp II c) Chỉ tiêu thiết kế Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống sau: - Tần suất mực nước lớn hồ: P = 0.5% - Tần suất gió lớn nhất: Pg = 20% - Hệ số tin cậy: kn = 1.2 Chọn tuyến hình thức cống a) Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với công trình khác Ở đường tràn đổ sang lưu vực khác nên đặt cống bờ phải hay bờ trái đập Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý: - Vì tầng phủ dầy nên ta đặt cống đất - Đáy cống thượng lưu chọn cao mực nước bùn cát lắng đọng thấp mực nước chết hồ b) 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 cống ngầm lấy nước không áp - Vật liệu làm cống bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng Trong tháp có bố trí van công tác van sửa chữa Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thượng lưu vị trí đặt cống c) Sơ bố trí cống Cao trình đỉnh đập: ∇đđ = +37.4(m) Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Bề rộng đỉnh đập: B = 5m Chiều cao đập: H = 37.4 – 2.5 = 34.9 m Độ dốc: - Mái thượng lưu m1=3,5 Mái hạ lưu m2 = Phía đập độ dốc m3= 3,25 Cơ đập: bố trí đập phía hạ lưu cao trình + 27.4m rộng 3m Căn vào việc chọn tuyến cống sơ trọn cao trình đáy cống thấp MNC 1.4m Vậy cao trình đáy cống +10m vị trí tháp cống mái thượng lưu đập Sơ ta có: L = 189m II Thiết kế kênh hạ lưu cống Thiết kế mặt cắt kênh 1.1 Mặt cắt kênh tính toán với lưu lượng Q = m3/s 1.2 Chọn sơ - Độ dốc đáy kênh: i=0.0002 - Độ nhám lòng kênh: n=0.025 - Hệ số mái kênh: m=1.5 1.3 Xác định bề rộng đáy kênh chiều sâu nước kênh - Sơ xác định vận tốc không xói VKX = KQ0.1 = 0,53.40.1 = 0.61 m/s Chiều sâu nước theo công thức kinh nghiệm: h = 0,5.(1 + V KX )3 Q = 0,5.(1 + 0,61)3 = 1,3m Bán kính thủy lực lợi nhất:  nQ Rln =   4m  o 3 8  8 0, 025.4 = ÷ ÷ = 0.936 i÷  8, 424 0.0002   => h 1,3 = = 1.389 Rln 0,936 b Tra phụ lục 8-3 bảng tra thủy lực ta được: R = 4.04 => b=3.78m ln Kiểm tra điều kiện: b 3.78 = = 2.9 => Không thỏa mãn điều kiện h 1.3 Chọn lại b = 2.5m => b 2,5 = = 2, 67 Rln 0,936 Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi Tra phụ lục ta được: Kiểm tra điều kiện: GVHD: Nguyễn Chiến h = 1, 64 => h=1.5 Rln b 2,5 = = 1, 67 thỏa mãn điều kiện h 1,5 Vậy sơ chọn: b = 2,5m h = 1,5m Kiểm tra điều kiện không xói Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế: Vmax < VKX Trong Vmax: lưu tốc lớn kênh, tính với lưu lượng Qmax = KQ = 1,2.4 = 4,8 m3/s 3  nQ   0, 025.4,8  Rln =  = ÷ =1  4m i ÷ ÷ 8, 424 0.0002    o  b = 2,5  Rln h Tra phụ lục => R = 1, 688 => h=1.69m ln Diện tích mặt cắt ướt tương ứng với chiều sâu h: ω = h(b + mh) = 1, 69.(2,5 + 1, 69.1,5) = 8.51( m ) => V max = 4,8 = 0,56 < 0.61(m / s) thỏa mãn điều kiện 8,51 Tính độ sâu kênh ứng với cấp lưu lượng Tính toán theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực ta có: Ứng với MNDBT: Q = 3.5m3/s 3  nQ   0, 025.3,5  Rln =  = ÷ = 0,891  4m i ÷ ÷  8, 424 0.0002   o  b = 2,806  Rln Tra phụ lục => h = 1, 625 => h=1.45m Rln Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Ứng với MNC: Q = 4m3/s => h = 1.5m III Thiết kế diện cống Trường hợp tính toán Khẩu diện cống tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu nỏ hạ lưu lấy với lượng nước tương đối lớn thường tính với trường hợp mực nước chết (MNC) thương lưu hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu: [∆Z] = MNC - Zđk = 11,4 – 11.05 = 0,35 (m) Lúc để lấy đủ lưu lượng thiết kế cần mở hết cửa van Sơ đồ tính toán hình vẽ: Trong đó: Z1 _ Tổn thất cột nước đầu vào Zp _ Tổn thất khe phai Zl _ Tổn thất qua lưới chắn rác Zv _ Tổn thất qua tháp van Z2 _Tổn thất cửa Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 37.4 m = m=3 m=3 25 Z1 Zp Zl h2 Zv 10 h1 48 Z2 141 189 Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Tính bề rộng cống bc Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy lưu lượng cần thiết Qtk chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] khống chế tức phải đảm bảo điều kiện: ∑ Z < [ ∆Z ] i Trong đó: ∑ Zi = Z1 + Z p + Zl + Zv + Z + iL Ở đây: i – độ dốc dọc cống, L – tổng chiều dài cống Trị số bc tính phương pháp thử dẫn hay phương pháp đồ thị Các bước thực hiện: Giả thiết bc, tính toán tổn thất thủy lực, lập bảng lựa chọn bc Với giá trị bc, tổn thất tính sau: 2.1 Tổn thất cửa Dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu coi sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập Khi đó: Z2 = Q2 αV − g (ϕ bhh ) 2 g Trong đó: + Q = m3/s + b: chiều rộng cuối bể tiêu năng, chọn bề rộng kênh; b=2.5m + hh: chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng Q = 4m3/s, hh=1.5m + ϕ n : hệ số lưu tốc, ϕn =0.96 + V: lưu tốc bình quân bể tiêu năng, giả thiết chiều sâu bể d=1m V=  2.2 = 0.64m / s 2,5.(1, + 1) Z2 = 42 0, 642 − = 0.042 2.9,81.(0.96.2,5.1,5) 2.9,81 Tổn thất dọc đường từ cửa đến tháp van Coi dòng chảy cống với độ sâu: h1 = hh+Z2 = 1,5 + 0,042 = 1,542m Page Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Khi tổn thất xác định công thức: iL2 với i độ dốc dọc cống, L chiều dài cống đoạn từ cửa đến tháp van; L2=141m Độ dốc dọc cống xác định sau:  Q  i= ÷  ωC R  Trong ω,C R tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc chiều sâu h1 ω = bc h1 ; R = b h ω 1 = c ; C R = R1/6 = R 2/3 χ bc + 2h1 n n Chọn hệ số nhám cống n=0,017 2.3 Tổn thất cục qua tháp van Do khoảng cách từ tháp van đến cửa xấp xỉ chiều dài cống, ta lấy chiều sâu cột nước sau cửa van là: hv=h1+iL2 αV Z v = 2ζ v 2g Trong đó: ζ v hệ số tổn thất van, ζ v =0,2 Vv = 2.4 Q Q = với hv=h1+iL2 ω bc hv Tổn thất dọc đường từ tháp van đến lưới chắn rác  Q  Tổn thất xác định công thức: iL1 với i =  ÷  ωC R  Trong ω,C R tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc chiều sâu h2=hv+Zv+iL2 L1=48m ω = bc h1 ; R = 2.5 b h ω 1 = c ; C R = R1/6 = R 2/3 χ bc + 2h1 n n Tổn thất cục qua lưới chắn rác α Vl Zl = ξl g Trong đó: + ξ l : Hệ số tổn thất qua lưới chắn rác ξ l = 0,2 Page 10 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Xác định cao trình cống cao trình đặt cống 3.1 Chiều cao mặt cắt cống hc=h1+ ∆ Với h1=1.542m, ∆ độ lưu không, chọn 0.958m -> hc=2.5m • Cao trình đáy cống cửa vào Zv=MNC-h-Zi Trong đó:Zi=0.325-0.042=0.283 h độ sâu dòng tháo cống với lưu lượng Q=4m3/s  nQ Rln =   4m  o => 3   0, 017.4  ÷ = ÷ = 0.6 i÷  0.0002   b h = = 3,33 Tra bảng thủy lực => = 2.42 Rln 0.6 Rln => h=1.452m => Zv=11.4-0.283-1.452 = 9,665 Chọn cao trình cửa vào Zv = 9,6m • Cao trình đáy cống cửa ra: Zr=Zv-iL=9.6-0.184-0.045=9.37 Vậy đặt Zr=9,3m, cao trình đáy kênh trùng với cao trình đáy cống Khi chiều dài cống L = 176m, chiều dài trước van L1 = 49m, chiều dài sau van L2=127m Độ dốc đáy i=0.0002 Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu 4.1 Trường hợp tính toán: Khi mực nước thượng lưu cao cần mở phần cửa van đề lấy lưu lượng cần thiết Do lương dòng chảy lớn, dòng chảy sau cửa van thường dòng xiết Dòng xiết nối tiếp với dòng êm kênh hạ lưu qua nước nhảy Do cần tính toán để: - Kiểm tra nước nhảy có cống không Thường với mực nước cao thượng lưu cần khống chế không cho nước nhảy cống để tránh rung động bất lợi Còn với mực nước thấp hạ lưu, nước nhảy cống không tránh khỏi Tuy nhiên dòng chảy không lớn nên mức đọ rung động nguy hiểm không đáng kể Page 14 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi - GVHD: Nguyễn Chiến Xác đinh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy sau cửa cống, tránh xói lở kênh hạ lưu Hình 2: Sơ đồ tính toán thủy lực mực nước cao thượng lưu 4.2 Xác định độ mở cống Tính theo sơ đò chảy tự qua lỗ Q = ϕ.α.a.bc 2.g ( H 0' − α a ) Trong đó: - Q = 3,5 m3/s lưu lượng cần lấy qua cống ứng với MNDBT - ϕ: hệ số lưu tốc, lấy ϕ = 0,95 - α: hệ số co hẹp đứng - H '0 : cột nước tính toán trước cửa van: H '0 = H0 - hw = 21,8 – 0.047 = 21,753m Trong đó: α V02 α V02 + H0 = H + = MNDBT - ∇đc + = 31,4– 9,6 = 21,8(m) g g α V02 (Vì cột nước H cao cửa vào thuận nên bỏ qua ) g + hw: tổn thất cột nước từ cửa vào vị trí cửa van: hw = Z1+ Zl + Zp + i.L1 = 0,014+0,008+0,016+0,0002.49=0,047 m Page 15 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Hệ số co hẹp đứng α phụ thuộc tỷ số a/H, xác định a cách sử dụng bảng quan hệ Jucốpxki sau: F (τ c ) = Q ϕ bc H ' o = 3,5 0,95.2.21, 753 = 0, 018 →Tra bảng 15-1 có: τc = 0,004→ hc = τc.H = 0,004.21,753= 0,087 (m) ' Tra bảng 16-1 có: α = 0,611 a τ c 0, 004 = = = 0, 0065 H α 0, 611 → a =0,0065.21,753=0,14 m → Q* = 0,95.0,611.0,14.2 2.9,81.(21, 753 − 0, 611.0,14) =3,36 m3/s ∆Q = Q * −Q 3,36 − 3,5 100% = 100% = 4,2% < 5% ∗ Q 3,36 Vậy: Giá trị ε = 0,611 a = 0,14 (m) xác định chấp nhận 4.3 Kiểm tra nước nhảy cống 4.3.1 Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr a) Định tính: cần xác định hc, ho, hk Độ sâu co hẹp sau van: hc=α.a=0,611.0,14=0,085 (m) Độ sâu phân giới: hk = α q = g 1.3,52 = 0,678 (m) 9,81.22 Độ sâu dòng ho tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi thủy lực Với i=0.0002  nQ Rln =   4m  o => 3   0, 017.3,5  ÷ = ÷ = 0.786 i÷  0.0002   b h = = 2,544 Tra bảng thủy lực => = 2,872 Rln 0, 786 Rln => ho=2,26m Có hc có nước nhảy cống Page 18 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Tại cửa không bố trí bậc nên sau nước nhảy dòng chảy ho=2,26m hn=1,5m > hk => hr =1,5m • Xác định vị trí nước nhảy: Vận dụng lý thuyết nối tiếp, trước nước nhảy đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI mặt cắt co hẹp có độ sâu hc đến mặt cắt (I-I) có độ sâu h’ Sau nước nhảy dòng chảy êm theo đường nước hạ b1 mặt cắt II-II có độ sâu h’’ đến mặt cắt cửa có độ sâu hr Cách xác định vị trí nước nhảy: + Vẽ đường nước dâng CI: Bắt đầu từ mặt cắt co hẹp (c-c) có độ sâu h c đến mắt cắt (I-I) có độ sâu h’ + Vẽ đường e-e có độ sâu liên hiệp với đường CI: cách lấy điểm CI (độ sâu tương ứng h’) tính độ sâu liên hiệp điểm + Lùi đường (e-e) phía hạ lưu đoạn chiều dài nước nhảy tương ứng ln=4,5h’’ ta đường (f-f) Lập bảng tính theo công thức: h '' = h' 8α q  −1 + +  gh '3  ÷ ÷  ; X = ln + L Trong đó: + L: giá trị lấy từ bảng tính đường mặt nước cống + l: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến măt cắt (I-I) có độ sâu trước nước nhảy tương ứng + L+ln: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến mặt cắt (II-II) có độ sâu sau nước nhảy II hh a ln II Hình 7-3: Sơ đồ tính toán nước nhảy cống Page 19 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Bảng tính đường mặt nước (e-e) (f-f) h' L h'' Ln X 0.085 2.428 12.006 12.006 0.135 5.793 2.084 9.379 15.172 0.185 12.746 1.747 7.861 20.607 0.235 20.171 1.517 6.825 26.996 0.285 27.695 1.344 6.050 33.745 0.335 35.059 1.208 5.436 40.495 0.385 42.050 1.095 4.929 46.979 0.435 48.473 1.000 4.501 52.973 0.485 54.138 0.918 4.130 58.268 0.535 58.854 0.845 3.804 62.659 0.585 62.425 0.781 3.515 65.941 0.635 64.646 0.724 3.257 67.902 0.678 65.305 0.679 3.054 68.359 Ta thấy, độ sâu lớn 2.428m nước nhảy không chạm trần cống Vẽ đường nước đổ bI cống: Sau nước nhảy mặt cắt II-II có độ sâu liên hiệp h’’ tận cửa có độ sâu hr = 1,5m vẽ ngược lên thượng lưu Đường nước đổ bI phía hạ lưu xuất phát từ độ sâu hh kênh cửa cống h=1,5m, tính với hmax=h’’ = 2,428 độ sâu liên hiệp hc Lập bảng tính theo phương phá cộng trực tiếp với L=130,804 đoạn tính từ mặt cắt co hẹp (c-c) tới cuối cống Kết tính sau: Page 20 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi TT GVHD: Nguyễn Chiến h b ω V V2/2g Ε 1.5 1.497 1.494 1.491 1.488 1.485 1.483 1.477 2 2 2 2 2.994 2.988 2.982 2.976 2.97 2.966 2.9544 1.167 1.169 1.171 1.174 1.176 1.178 1.180 1.185 0.069 0.070 0.070 0.070 0.070 0.071 0.071 0.072 1.569 1.567 1.564 1.561 1.558 1.556 1.554 1.549 ∆Ε R C.R1/2 J Jtb i -Jtb ∆L ΣL -0.003 -0.003 -0.003 -0.003 -0.003 -0.002 -0.005 0.600 0.600 0.599 0.599 0.598 0.598 0.597 0.596 41.846 41.823 41.801 41.779 41.756 41.733 41.718 41.674 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 -0.001 -0.001 -0.001 -0.001 -0.001 -0.001 -0.001 4.698 4.664 4.629 4.595 4.560 3.021 8.677 4.698 9.362 13.991 18.585 23.146 26.167 34.844 Page 21 X 130.804 126.106 116.744 102.753 84.167 61.022 34.855 0.011 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Chọn cấu tạo cống: 5.1 Cửa vào, cửa Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu Thường bố trí tường hướng dòng theo hình thức mở rộng dần Góc chum hai tường hướng dòng cửa vào 20o, cửa 10o để tránh tượng tách dòng Các tường cánh làm hạ thấp dần theo mái Hình 3: Bố trí mặt cửa vào Hình 3: Bố trí mặt cửa vào 5.2 Thân cống 5.2.1 Mặt cắt Cống hộp thường làm bê tông 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 lưc, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo: t≥ H 21,8 = = 1, 45 [ J ] 15 Trong đó: H cột nước lớn nhất; H=MNDBT - ∆dc=31,4-9,6=21,8m [ J ] gradien thấm cho phép vật liệu Với bê tông cốt thép thông thường [ J] =15 Do dày nên chọn t=0,5m Khi chế tạo có sử dụng phụ gia chống thấm tính xác sau tính toán kết cấu Hình 4: Mặt cắt thân cống b bc t hc h 5.2.2 Phân đoạn cống Page 22 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Do cống có chiều dài lớn nên cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn để tránh rạn nứt lun không Chiều dài đoạn phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống, chọn 10m 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 5: a Tấm nối đứng 1: Bao tải tẩm nhựa đường b Tấm nối ngang 4: Tấm kim loại phẳng 2: Nhựa đường 5: Vữa đổ sau 3: Tấm kim loại hình Ω Hình 5: Khớp nối thân cống 5.2.3 Nối tiếp thân cống với Cống hộp đổ trực tiếp lên lớp bê tông lót dày 10÷15cm Khi đá tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy để hạn chế áp suất đáy móng Ở ta đổ lớp bê tông lót dày 10cm mặt tiếp xúc cống 5.2.4 Nối tiếp thân cống với đập Dùng đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày 0,5m Tại chỗ nối tiếp đoạn cống, làm thành gờ để nối tiếp cống với đất tốt 5.3 Tháp van Vị trí tháp van nằm khoảng mái thượng lưu kiểm tra thông qua tính toán thủy lực cống Trong tháp van bố trí van công tác van sửa chữa cố, cần bố trí lỗ thông cần thiết Mặt cắt ngang tháp van thường làm dạng chữ nhật, làm BTCT Chiều dày thành xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo Thường làm tháp có chiều dày thay đổi theo thay đổi áp lực Phía tháp có nhà để đặt máy đóng mở thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập bờ Tính toán kết cấu cống 6.1 Mục đích tính toán Xác định nội lực phận cống ứng với trường hợp làm việc khác cống để từ bố trí cốt thép kiểm tra tính hợp lý chiều dày thành cống chọn Page 23 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 6.2 Trường hợp tính toán Cần tính toán cống với trường hợp làm việc khác - Khi thi công xong, cống chưa có nước - Khi thượng lưu MNDBT, cống mở để lấy nước - Khi thượng lưu MNDGC, cống đóng - Khi có lực động đất … Trong đồ án tính toán ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (mặt cắt đỉnh đập), cho trường hợp: Khi thượng lưu MNDBT, cống đóng 6.3 Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (trường hợp cống hộp, tính cho mét dài) Sơ đồ lực tác dụng lên trần cống MÆt ®Êt ®¾p Z1 Mùc n íc ngÇm q q p p Z2 p q4 q p H p' p' B p' q q p' r 6.3.1 Áp lực đất a) Trên đỉnh Trong đó: q1 = k ∑ γi.Zi - Zi: chiều dày lớp đất đắp đỉnh cống - γi: dung trọng lớp đất đắp đỉnh cống Page 24 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến H - k: hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống: k = f  ÷, tra bảng với loại đất B cát trung bình , đất thịt chặt vừa, sét dẻo, cống đặt đất H 25, 05 = = 8,35 ta B được: k = 1,25 Với: + H: khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp: H = 37,4 – 9,45 – = 25,05 (m) + B: bề rộng mặt cắt cống; B = 3m Vậy đỉnh cống có loại đất: • Lớp đất đường bão hòa: + Z1 = 1 H = 25, 05 = 8,35m 3 + γ1 = γk.(1 + ω) = 1,62.(1+ 0,2) = 1,944 (T/m3 ) • Lớp đất đường bão hòa: + Z2 = 16,7m + γ2 = γđn = 1,944 – 1= 0,944(T/m3 ) • Lớp đất sét nện chặt : + Z = 0,5(m) + γ = γk.(1 + ω) = 1,58.(1+ 0,22) = 1,93 (T/m3 ) ⇒ γđn = 1,93- = 0,93(T/m3 ) ⇒ q1 = 1,25.(1,944.8,35+0,944.16,7+0,93.0,5 = 40,58 (T/m) b) Hai bên Biểu đồ áp lực có dạng hình thang p1 = q1 tg2(45o - ϕ ) p1’ = q1’ tg2(45o - ϕ ) Page 25 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến q1’ = q1 + γđ H = 40,58 +0,944.3,5=43,88 (T/m) Với γđ dung trọng đẩy đất đắp đập, đất bên thành cống đường bão hòa, H chiều cao mặt cắt cống H = 2,5+2.0,5 =3,5(m) → p1 = 40,58.tg2(45o p1’ = 43,88 tg2(45o - 20 ) = 20 (T/m) 20 ) = 21,51 (T/m) 6.3.2 Áp lực nước Áp lực nước gồm áp lực nước bên bên cống Áp lực nước cống tác dụng đỉnh, hai bên đáy cống Áp lực nước bên tác dụng hai bên đáy cống Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thủy tĩnh a) Trên đỉnh q2 = γn.Z2 = 1.16,7= 16,7(T/m) b) Hai bên p2 = γn Z2 = 1.16,7=16,7 (T/m) p2’ = γn.(Z2+H) = 1.(16,7+3,5) = 20,2(T/m) c) Dưới đáy q3= γn.(Z2+H) = 1.(16,7+3,5) = 20,2(T/m) 6.3.3 Trọng lượng thân a) Tấm nắp q4 = γb.tn = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m) b) Tấm bên q5 = γb.tb = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m) c) Tấm đáy q6 = γb.tđ = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m) 6.3.4 Phản lực Biểu đồ phân bố phản lực phụ thuộc vào loại cách đặt cống, thường phân bố không đều, song tính toán xem gần phân bố Khi phản lực r tính sau: r = q1 + q2 + q4 + q6 - q3 + 2.q5 = 40,58+16,7+1,2+1,2-20,2+2.1,2 H − td − tn B 3,5 − 0,5 − 0,5 + 0,5.2 = 41,48 (T/m) Page 26 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 6.3.5 Sơ đồ lực cuối trường hợp cống nước a) Các lực thẳng đứng - Phân bố đỉnh q = q1 + q2 + q4 = 40,58 + 16,7 + 1,2 = 58,48 (T/m) - Phân bố bên thành q5 = 1,2 (T/m) - Phân bố đáy qn = r - q6 + q3 = 41,48 – 1,2 + 20,2 =60,48 (T/m) b) Các lực nằm ngang - Bộ phận đều: p = p1 + p2 = 20 + 16,7 = 36,7 (T/m) - Bộ phận tuyến tính Tại vị trí đáy: pt = p1’ + p2’ - p1 - p2 = 21,51+ 20,2 – 20 – 16,7 = 5,01 (T/m) Sơ đồ lực cuối MÆ t ®Ê t ®¾p Z1 Mùc n íc ngÇm Z2 q p q p H pt p B p pt qn Giá trị lực: Loại lực Tên lực Giá trị (T/m) Lực thẳng đứng Trên đỉnh q 58,48 q1 40,58 q2 16,7 q4 1,2 Hai bên thành q5 1,2 q5 1,2 Dưới đáy qn 62,88 r 41,48 Page 27 Đồ án môn học Công trình hệ thống thủy lợi Phân bố GVHD: Nguyễn Chiến p 36,7 Lực nằm ngang Tuyến tính 6.4 pt 5,01 q6 1,2 q3 20,2 p1 20 p2 16,7 p1' 21,51 p2' 20,2 Kết luận Nội dung đồ án gồm phần: • Phần : Những vấn đề chung • Phần : Thiết kế kênh hạ lưu • Phần : Tính diện cống • Phần : Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu • Phần : Chọn cấu tạo cống • Phần : Tính toán lực tác dụng lên cống kết cấu cống Page 28 [...]... Tính toán kết cấu cống 6.1 Mục đích tính toán Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cống để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn Page 23 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 6.2 Trường hợp tính toán Cần tính toán cống với các trường hợp làm việc khác nhau - Khi mới thi công xong, cống. .. trong cống để tránh rung động bất lợi Còn với mực nước thấp ở hạ lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi Tuy nhiên khi đó năng của dòng chảy không lớn nên mức đọ rung động nguy hiểm không đáng kể Page 14 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi - GVHD: Nguyễn Chiến Xác đinh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu Hình 2: Sơ đồ tính toán... khi tính toán kết cấu Hình 4: Mặt cắt thân cống b bc t hc h 5.2.2 Phân đoạn cống Page 22 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Do cống có chiều dài lớn nên cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lun không đều Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, chọn bằng 10m Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước thiết bị chống... 0.207 0.191 0.178 Biểu đồ quan hệ ∑Z - bc Page 12 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Chọn bề rộng cống b=2m Page 13 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 3 Xác định cao trình cống và cao trình đặt cống 3.1 Chiều cao mặt cắt cống hc=h1+ ∆ Với h1=1.542m, ∆ là độ lưu không, chọn bằng 0.958m -> hc=2.5m • Cao trình đáy cống cửa vào Zv=MNC-h-Zi... Page 27 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi Phân bố đều GVHD: Nguyễn Chiến p 36,7 Lực nằm ngang Tuyến tính 6.4 pt 5,01 q6 1,2 q3 20,2 p1 20 p2 16,7 p1' 21,51 p2' 20,2 Kết luận Nội dung chính của đồ án gồm 6 phần: • Phần 1 : Những vấn đề chung • Phần 2 : Thiết kế kênh hạ lưu • Phần 3 : Tính khẩu diện cống • Phần 4 : Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng • Phần 5 : Chọn cấu tạo cống. .. thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước - Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng - Khi có lực động đất … Trong đồ án này chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt giữa đỉnh đập), cho một trường hợp: Khi thượng lưu là MNDBT, cống đóng 6.3 Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (trường hợp cống hộp, tính cho 1 mét dài) Sơ đồ các lực tác dụng lên trần cống MÆt ®Êt ®¾p Z1 Mùc... lớp đất đắp trên đỉnh cống - γi: dung trọng các lớp đất đắp trên đỉnh cống Page 24 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến H - k: hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống: k = f  ÷, tra bảng với loại đất nền là B cát trung bình , đất thịt chặt vừa, sét dẻo, cống đặt trên nền đất và H 25, 05 = = 8,35 ta B 3 được: k = 1,25 Với: + H: khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp:... = ln + L Trong đó: + L: giá trị lấy từ bảng tính đường mặt nước trong cống + l: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến măt cắt (I-I) có độ sâu trước nước nhảy tương ứng + L+ln: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến mặt cắt (II-II) có độ sâu sau nước nhảy II hh a ln II Hình 7-3: Sơ đồ tính toán nước nhảy trong cống Page 19 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến Bảng tính đường... nền Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống, thường phân bố không đều, song khi tính toán xem gần đúng là phân bố đều Khi đó phản lực nền r được tính như sau: r = q1 + q2 + q4 + q6 - q3 + 2.q5 = 40,58+16,7+1,2+1,2-20,2+2.1,2 H − td − tn B 3,5 − 0,5 − 0,5 2 + 0,5.2 = 41,48 (T/m) Page 26 Đồ án môn học Công trình trên hệ thống thủy lợi GVHD: Nguyễn Chiến 6.3.5 Sơ đồ lực cuối... giữa cống và nền 5.2.4 Nối tiếp thân cống với đập Dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày 0,5m Tại chỗ nối tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất được tốt hơn 5.3 Tháp van Vị trí tháp van nằm ở khoảng giữa mái thượng lưu và kiểm tra nó thông qua tính toán thủy lực cống Trong tháp van bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông hơi khi cần thiết