Một hồ chứa nước được xây dựng trên sông với mục đích tưới là chính và đảm nhận các nhiệm vụ sau : 1. Cấp nước tưới cho 5000 ha đất canh tác 2. Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân 3. Kết hợp nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái. 4. Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N = 1000KW
Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH THỦY THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT – CỐNG NGẦM Phần I Giới thiệu chung công trình tài liệu 1.1 Nhiệm vụ công trình Một hồ chứa nước xây dựng sông với mục đích tưới đảm nhận nhiệm vụ sau : Cấp nước tưới cho 5000 đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 7000 dân Kết hợp nuôi trồng thủy sản du lịch sinh thái Kết hợp thủy điện nhỏ với công suất N = 1000KW 1.2 Các hạng mục công trình đầu mối Tại đầu mối có hạng mục công trình chủ yếu xây dựng Đập ngăn sông – chọn phương án đập đất Công trình tràn tháo lũ với phương án lựa chọn Đường tràn dọc máng tràn ngang; Tràn hoạt động theo kiểu tràn tự Một cống ngầm lấy nước có tháp đóng mở đặt thân đập đất để lấy nước phục vụ tưới 1.3 Tài liệu cho trước Tài liệu địa hình : - Cho trước bình đồ địa hình vùng tuyến tỷ lệ 1:2000 - Tuyến đập thiết kế chọn trước bình đồ - Có bình đồ 01-02-03-04-05-06-07-08 – Sinh viên định làm đồ án với bình đồ cụ thể (theo số đề bảng 3) - Tài liệu địa chất : Địa chất tuyến đập tương đối đơn giản, có lớp, từ xuống : Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi o Lớp : Lớp phủ tàn tích dày từ 0,5-1,2m phân bố bên bờ o Lớp : Lớp bồi tích lòng sông thấm mạnh, có bề dày từ 1-20m o Lớp : Lớp đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẽ trung bình o Chỉ tiêu lý lớp bồi tích cho bảng - Từ bình đồ địa hình, tuyến đập sinh viên phải vẽ mặt cắt dọc địa hình tuyến đập - Sau vào số liệu vị trí lổ khoan bề dày lớp đất lỗ khoan để vẽ mặt cắt địa chất dọc tuyến đập Tài liệu vật liệu xây dựng : - Đất đắp đập : Trong khu vực xây dựng có bãi vật liệu, đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, đất bãi vật liệu tương đối đồng nhất, có đủ trữ lượng để đắp đập đồng chất Điều kiện khai thác bình thường Chỉ tiêu lý cho bảng - Đất sét : khai thác cách vị trí xây dựng đập 4km, đủ yêu cầu trữ lượng để làm vật chống thấm - Đá : Có trữ lượng lớn, đủ để xây dựng bảo vệ mái, vật thoát nước tường chắn sóng… Đá có tiêu lý sau : o Góc ma sát : φ = 30o o Độ rỗng đống đá: n = 0,35 o Dung trọng khô đá: k = 2,4t/m3 o Hệ số thấm qua đống đá : k = 10-2m/s - Cát sỏi : Được khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ để xây dựng tầng lọc (cấp phối hạt cho bảng 2) Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy Chỉ tiêu Loại Đất Đắp đập Sét Cát Lớp bồi tích GVHD: ThS Lê Văn Hợi HS rỗng n Độ ẩm W% 0,35 20 23 20 3,0 0,42 0,40 0,39 22 18 24 17 30 26 13 27 22 5,0 1,0 d(mm) Độ C ( T/m2) Tự Bão Tự Bão nhiên hòa nhiên hòa (T/m3) K (m/s) 2,4 1,62 10-6 3,0 0,7 1,58 1,60 1,59 10-9 10-4 10-5 d10 d50 d60 0,005 0,050 0,500 0,005 0,350 3,000 0,080 0,040 5,000 Loại Đất thịt pha cát Cát Sỏi Các đặc trưng hồ chứa: Đề số Sơ đồ Đặc trưng hồ chứa D (km) Mực nước hạ lưu (m) MNC MNDBT MBHLBT MNHL (m) (m) Max Qcống (m3/s) Qtk Q (MNC) (MNBT) Mực nước đầu kênh (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 20 2-B 115,5 139,8 111,5 114,3 4,8 113,1 Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi -D(km) : Chiều dài truyền sóng (còn gọi đà gió) ứng với MNDBT -D’(km) : Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK D’=D+0,5km = 5+0.5 = 5,5 (km) -MNC(m) : Cao trình mực nước chết hồ chứa : 115,5 (m) -MNDBT(m) : Cao trình mực nước dâng bình thường hồ chứa : 139,8 (m) -MNLTK (m) : Mực nước lũ thiết kế tính MNDBT cộng thêm cột nước lớn đĩnh tràn tự : MNLTK = MNDBT + Ht max (1) +Trong đó: Ht max cột nước lớn tràn tự xãy lũ thiết kế - cho Ht max = 4m Thế vào (1) MNLTK = 139,8 + = 143,8 (m) - MNLKT(m): Mực nước lũ kiểm tra, mực nước lớn hồ xãy lũ kiểm tra Ở cho : MNLKT = MNLTK + m = 143,8 + = 144,8 (m) -MNHL max (m) : Mực nước hạ lưu lớn nhất: 114,3(m) -MNHL bt (m) : Mực nước hạ lưu bình thường : 111,5(m) Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Thiết kế đập đất 2.1 Cấp công trình chi tiêu thiết kế: 2.1.1 a Cấp công trình: Theo chiều cao công trình lọai nền: Giả thiết sơ cao trình đỉnh đập: Ta có: 𝑍đ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 = MNLTK + d = 143,8 + 2= 145,8(m) ( chọn d=2m) Chiều cao đập : 𝐻Đậ𝑝 = 𝑍Đ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝 - 𝑍 đá𝑦 = 145,8 - 105 = 40,8 (m) Tra Bảng trang 10 phân cấp công trình thủy lợi (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT ) Ứng với chiều cao đập bằng40,8(m) công trình cấp II b Theo lực phục vụ : - Tra lại bảng QCVN 04-05:2012/BNNPTNT , ứng với diện tích tưới 5000 Công trình cấp III -So sánh tiêu chọn cấp công trình cấp II 2.1.2 Các tiêu thiết kế : Từ công trình cấp II xác định tiêu sau : + Tần suất lưu lượng, mực nước lớn : Tra bảng 4(QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) Ta có P= 1% + Hệ số tin cậy : Tra bảng ta có ứng với công trình cấp I , ta có 𝐾𝑛 =1,15 + Tần suất gió lớn gió bình quân lớn nhất, mức đảm bảo sóng : Theo bảng TCVN 10396 : 2015 Ta có : MNDBT : P = 4% MNLTK : P =50% Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Từ suy vận tốc gió ứng với tần suất P% sau: P = 4% v = 27 m/s : MNDBT P =50%v =12m/s : MNLTK Tra bảng TCVN 10396-2015/BNNPTNT : Xác định chiều cao an toàn đập theo cấp công trình sau : Ứng với MNDBT : a = 0,7(m) Ứng với MNLTK : a = 0,5(m) Ứng với MNLKT : a =0,2(m) 2.2 : Thiết kế kích thước đập 2.2.1 Xác định cao trình đỉnh đập: Khi thiết kế đập đất cần xét điều kiện không cho nước tràn qua đỉnh đập điều kiện làm việc Mặt khác đập đất không cao để đảm bảo điều kiện kinh tế Để xác định cao trình đỉnh đập cần tính toán trường hợp sau: Ứng với MNDBT thượng lưu có xét tới chiều cao sóng leo độ dềnh mực nước hồ gió lớn tính toán gây Z1= MNDBT + h + hSL + a Ứng với MNLTK thượng lưu ( xả lưu lượng lũ lớn tính toán), có xét tới chiều cao sóng leo mái đập đồ dềnh hồ gió bình quân lớn gây Z2= MNLTK + ∆ℎ′ +ℎ′𝑆𝐿 + 𝑎′ Ứng với MNLKT thượng lưu: Z3 = MNLKT + a’’ Trong đó: h , h ’ : Độ dềnh gió ứng với gió tính toán lớn gió tính toán bình quân hsl, hsl’: Chiều cao sóng leo (ứng với tần suất đảm bảo thiết kế 1%) gió tính toán lớn gió tính toán bình quân Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi a ,a’ : đồ vượt cao an toàn a Xác định độ dềnh gió: Xác định theo công thức 𝐿.𝑉 𝑤 ∆ℎ= 𝐾𝑤 𝑔(𝑑+0,5∆ℎ) cos 𝛼𝑤 w: góc trục dọc khu chứa nước hướng gió, độ; gió di chuyển vô hướng,nên ta chọn hướng bất lợi g : gia tốc trường ; g = 9,81/s L: đà sóng, tính mét; L = km = 5000 m d: chiều sâu ứng với mực nước tính toán w = theo khảo sát d = MNDBT - Zđáy = 139,8 - 105 = 34,8(m) Vw: vận tốc tính toán gió ,được xác định theo - công thức 115 điều A3.3 theo TCVN 8421 : 2010 Vw =𝑘𝑓𝑙 𝑘𝑙 𝑉𝑙 Trong : 𝑉𝑙 : vận tốc gió ứng với P=4% 𝑉𝑙 = 27(m/s) 𝑘𝑓𝑙 =0,675 𝑘𝑙 = + 4,5 = 0,675 + 4,5 = 0,84 𝑉 27 𝑙 Vw =0,84.1.27=22,68(m/s) kw: hệ số, lấy theo Bảng A2 TCVN 8216-2009; dùng phương pháp nội suy ta có sau : kW = 2,34.10-6 ∆ℎ =2,34.10−6 22,682 5000 9,81.(34,8 + 0,5.∆ℎ) Giải hệ phương trình ta có ∆ℎ = 0,018 (m) Xác định hSL Theo TCVN 10396:2015 chiều cao sóng leo ứng với tần suất leo 1% xác định sau: Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi hsl = H1% = k1.k2.k3.k4.h1% Trong đó: h1% :chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% kr,kp: hệ số nhám hệ số hút nước mái dốc xác định theo bảng TCVN 8421:2010 ksp :hệ số theo vận tốc xác đinh theo bảng TCVN 8421:2010 krun :hệ số lấy theo bảng 11 TCVN 8421:2010(tùy thuộc vào độ thoải sóng vùng nước sâu) Xác định h1% d λ >0,5 Giả thiết sóng nước sâu d ≥ 2ℎ1% Ta tiến hành tính toán đại lượng không thứ nguyên Trong : gL gt Vw Vw2 g: Gia tốc trọng trường ; g =9,81 𝑚2/s t: thời gian gió thổi ;t=6 giơ 𝑉𝑤 : vận tốc gió tính toán(m/s) L: chiều dài đường sóng ứng với mực nước dâng bình thường; L=5000m Thay số ta tính gt = Vw => 9,81.6.5000 22,68 = 9342,9 Tra hình A1 TCVN 8421:2010 ̅ 𝑔.ℎ 𝑉𝑤 𝑔.𝜏̅ 𝑉𝑤 = 0,045 = 2,9 Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi gL 9,81.5000 = 22,68.22,68 = 95,36 Vw ̅ 𝑔.ℎ 𝑉𝑤 => 𝑔.𝜏̅ 𝑉𝑤 = 0,017 = 1,53 Chọn cặp giá trị nhỏ ̅ 𝑔.ℎ 𝑉𝑤 => 𝑔.𝜏̅ 𝑉𝑤 = 0,017 = 1,53 Chiều cao sóng trung bình 𝑉 ℎ̅=0,017.( 𝑤𝑔 ) Chu kỳ sóng trung bình: 𝜏̅ = 0,017.22,68 = 0,89 (m) 9,81 =1,53.(𝑉𝑔𝑤) = 1,53.22,68 = 3,54 (s) 9,81 Bước sóng trung bình: Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu d= 34,8 (m) > 0,5 =0,5.19,58 = 9,79 m Vậy giả thiết sóng sâu đúng Chiều cao sóng nước sâu ứng với mực nước đảm bảo 1%,xác định : hs1%=K1% h Trong đó: ℎ̅: chiều cao sóng trung bình(m) K1%: Tra đồ thị hình A2 TCVN 8421:2010 với gL = 95,36 P= 1% Vw2 Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy ⟹ hs1%= GVHD: ThS Lê Văn Hợi 2,09.0,89= 1,86(m) Chọn kết cấu gia cố mái đá lát bình thường có ∆= 0,02m ⟹ℎ ∆ = 0,02 =0,01 1,86 𝑠1% Tra bảng TCVN 8421:2010⟹𝐾1=0,95 ;𝐾2=0,85 Giả thiết hệ số mái m =(3-5), 𝑉𝑤 = 22,68(m/s), Cao trình đặt cống Tra bảng TCVN8421:2010⟹𝐾3=1,5 ̅ 19,68 Ta có: ℎ 𝜆 =2,048 =9,56 ; Tra hình 11 TCVN8421:2010⟹𝐾4=1,00 𝑠1% ⟹ hsl = Hrun1% =0,95.0,85.1,5.1,00.1,86 = 2,253(m) Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT Z1 = MNDBT + h + hsl + a =139,8+0,018 +2,253 +0,7 = 142,77(m) b Xác định ∆ℎ′ ℎ′ 𝑠𝑙 Xác định theo công thức 114 TCVN 8421:2010 𝐿′ 𝑉 2′ 𝑤 ∆ℎ′ = 𝐾𝑤 𝑔(𝑑′ +0,5∆ℎ ′ ) cos 𝛼𝑤 - w: góc trục dọc khu chứa nước hướng gió, độ; chuyển vô hướng,nên ta chọn hướng bất lợi w = 0.vì theo khảo sát gió di -g: gia tốc trường ; g = 9,81𝑚2/s -𝐿′: đà sóng, tính mét; 𝐿′= 5+0,5=5,5 km =5500 m -𝑑′ : chiều sâu ứng với mực nước tính toán: 𝑑′ =MNLTK-𝛻đ𝑖𝑛ℎ đậ𝑝= 143,8 – 105 = 39,8 m -Vw ′: vận tốc tính toán gió ,được xác định theo công thức 115,điều A3.3 TCVN8421:2010 Vw ′ = 𝑘𝑓𝑙 𝑘𝑙 𝑉𝑙 Trong : + 𝑉𝑙 : vận tốc gió ứng với P=50% 𝑉𝑙 = 12(m/s) Trang 10 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi vào khu tưới, điều kiện địa chất, cho có lợi mặt kinh tế,nên bố trí cống phần thân đập - Tuyến cống phải ngắn thẳng, vừa đáp ứng nhiệm vụ vừa tiết kiệm chi phí, cống không nên dài dễ bị gãy nứt ,cống phải đặt đất tự nhiên, dọc đường đồng mức - Đáy cống thượng lưu phải thấp MNC cao mực nước bùn cát lắng đọng - Kết luận: Để đảm bảo nhiệm vụ ta bố trí cống ngầm lấy nước bờ trái dòng sông, thân đập để đảm bảo không bị bùn cát lắng động thượng lưu lấp miệng cống Hình thức cống: - Vì cống đặt đập đất, mực nước thượng lưu lấy nước thay đổi nhiều (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 - Chọn vị trí tháp đóng cống, mở cống - Đoạn cống trước tháp đóng, mở cống thiết kế có dạng thuận dòng có đoạn kênh dẫn vào - Cuối cống có công trình tiêu - Để đảm bảo điều kiện ổn định chống nứt nẻ, thấm qua thân cống trường hợp Cống thiết kế với chế độ chảy bán áp - Phía cống lót lớp bêtông M100 để tăng ổn định cho cống - Phần tiếp giáp thân cống đất đắp đập bọc lớp đất sét luyện kỹ dày 10 cm - Cuối cống có công trình tiêu Sơ bố trí cống: Chọn sơ cao trình đáy cống thấp MNC 1,5 m đc =115,5 – 1,5 = 114 (m) Từ vị trí cao trình đáy cống đối chiếu với sơ đồ đập ta xác định sơ chiều dài cống Lc = 240 (m) 3.2 Thiết kế kênh hạ lưu thượng lưu cống : 3.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh -Mặt cắt kênh tính theo lưu lượng lớn 𝑄𝑡𝑘 =4,8( 𝑚3/s) ứng với cao trình MNC - Ta chọn cống bêtông cốt thép có mặt cắt hình chử nhật có cửa lấy nước có Trang 32 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi tiêu: + Độ nhám lòng kênh: n = 0,025 theo TCVN 4118-85 + Hệ số mái kênh : m= 1,5 + Độ dốc đáy kênh : i = 0,0002 - Chiều dài cống xác định từ mặt cắt cửa đến cửa van đóng mở cống.Lc = 240 (m) - Xác định vận tốc không xói (theo TCVN 4118-85) Vkx = k.Q0,1 (m/s) Trong đó: Q – lưu lượng kênh (m3/s) K – hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha k = 0,53 Do đó: Vkx = 0,53.4,80,1 = 0,62(m/s ) - Sơ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm: h = 0,5.(1 + Vkx ) Q = 0,5.( 1+ 0,62 ) 3√4,8= 1,37 (m) - Xác định mặt cắt kênh hạ lưu theo mặt cắt lợi thủy lực: với m=1,5 => m0= m m 2,106 Áp dụng công thức = 4.2,106.√0,0002 4,8 3 𝑛𝑄 (4𝑚 ) √𝑖 = 0,025𝑥4,8 (4𝑥2,106𝑥 0,0002) √ 𝑓(𝑅𝑙𝑛 ) = 𝑅𝑙𝑛 = 4𝑚0 √𝑖 𝑄 = 0,0248 = 1,003 Từ đó, ta có: ℎ 1,37 = 𝑅𝑙𝑛 1,003 𝑏 = 4,386 𝑅𝑙𝑛 ≈ 1,364 Tra bảng Phụ lục 8-3 với m=1,5 , ta được: ⟹ b = 4,386.1,003 = 4,399 (m) Kiểm tra tỷ số ⟹ b h =4,399 = 3,21 (0,5÷ 2) 1,37 chọn lại b= (m) Ta có :Rb = 1,003 = 2,99 ln Tra bảng Phụ lục 8-3 với m=1,5, ta được: ⟹ h =R ln.1,59 =1,59.1,003 = 1,59(m) ⟹ b h h Rln = 1,59 ⟹ chọn h=2 (m) = 32 =1,5 ( 0,5 ÷2) Vậy mặt cắt kênh b=3(m) Trang 33 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi h=2 (m) m=1,5 3.2.2 Kiểm tra điều kiện không lắng 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 Ở Q lưu lượng thiết kế kênh Q=4,8 (m3/s) K hệ số phụ thuộc Q,có lấy K=1,2 ⟹ Qmax =4,8 x 1,2= 5,76 (m3/s) 5,76 𝑚𝑎𝑥 ⟹ V= 𝑄𝑚𝑎𝑥 =ℎ.(𝑄𝑏+𝑚ℎ) =2.(3+1,5.2) = 0,48 𝜔 ⟹ V =0,48 < Vkx =0,62 Thoả mãn điều kiện không xói 3.2.3 Tính độ sâu mực nước ứng với cấp lưu lượng -Trong tài liệu cho số cấp lưu lượng để tính toán cống với trường hợp khác Ứng với mổi cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng tương ứng kênh tức xác định quan hệ Q~h Bài toán giải theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi mặt thủy lực 3.3 Tính diện cống : 3.3.1 Trường hợp số liệu tính toán -Khẩu diện tính toán với trường hợp chênh lệch cột nước thượng hạ lưu nhỏ lưu lượng lấy nước tương đối lớn Thường tính với trường hợp MNC thượng lưu, hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới 𝑍𝑘𝑐 , chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆𝑍]=MNC- 𝑍𝑘𝑐 Thượng lưu MNC = 115,5 ( m) Hạ lưu mực nước đầu kênh đk = 113,1 ( m) Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [Z] = 115,5 – 113,1 = 2,4 (m) Để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van Trong : + 𝑍1 : tổn thất cột nước cửa vào + Zp : tổn thất khe phai ( có); Trang 34 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi + Zl : tổn thất qua lưới chắn rác; + Zv : tổn thất qua tháp van; + Z2 :tổn thất cửa + iL : tổn thất dọc đường 3.3.2 Tính diện cống 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:Zi ≤ [Z] Trong đó: Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L Với: i – độ dốc dọc cống L – tổng chiều dài cống Sơ chọn bể rộng cống theo cấu tạo thuận tiện cho thi công, sửa chữa, chọn bc= 2,0 (m) Tổn thất cửa -Dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu coi sơ đồ tràn đỉnh rộng chảy ngập, đó: Vb Q2 Z2 2g g ( n bhh ) Trong đó: b :bề rộng cuối bể tiêu năng; b = (m) hh : chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Q; hh = (m) n :hệ số lưu tốc Chọn n = 0,95 Vb : lưu tốc bình quân bể tiêu Vb Q bk (hk d ) Chọn d = m (chiều sâu bể tiêu năng) 4,8 𝑚 𝑉𝑏 = 3.(2+1) = 0,8( 𝑠 ) ⟹ 4,82 1.0,82 Z2 = X 9,81.(0,95 X 3𝑋 2)2 − 2.9,81= 0,0352 (m) Tổn thất dọc đường: - Coi dòng chảy cống với độ sâu h1 = hh + Z2 = + 0,0352 = 2,0352 (m) -Khi tổn thất dọc chiều dài cống iL Trong đó: i độ dốc dọc cống Q i C R Với = h1.bc = 2,0352 x 2,0 = 4,0704 (m2) Trang 35 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi = bc + 2h1 = 2,0 + 2.0352= 6,0704 (m) 𝑅= 𝜔 𝑋 = 4,0704 6,0704 = 0,76 (𝑚) ⟹ C = = 38,2 ⟹ i= (4,0704 x4,8 )2 = 0,00125 38,2x√0,76 ⟹ iL=0,00125.240= 0,3 m Tổn thất cục a Tổn thất tháp van: Vv2 Z v v 2g Theo QPTL tính toán cống nước sâu v = 0,1 (mở hết cửa van) 𝑄 4,8 𝑚 𝑉𝑣 = 𝜔 = 4,0704 = 1,179 ( 𝑠 ) 𝑍𝑣 = 0,1 1.1,1792 2.9,81 = 0,0071 (m) b Tổn thất lưới chắn rác: Zl l V 2g Theo cẩm nang tính toán thủy lực l = 0,2 𝑄 4.8 𝑉𝑙 = 𝜔 = 2.(2,0352+0,0071) = 1,175 m/s 𝑍𝑙 = 0,2 1.1,1752 2.9,81 = 0,014 (𝑚) c Tổn thất khe phai: Zp p V p 2g Theo QPTL tính toán cống nước sâu p = 0,06 𝑄 4,8 𝑉𝑝 = 𝜔 = 2.(2,0352+0,0071+0,014) = 1,167 m/s 𝑍𝑝 = 0,06 1.1,167 2.9,81 = 0,0042 𝑚 Tổn thất cửa vào: Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Z1 Trong đó: V Q2 2 g () 2g - hệ số co hẹp cửa vào; = - diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào; = 2,0.(2,0352 + 0,0071+ 0,014+0,0042) = 4,121(m2) Trang 36 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Vo – lưu tốc tới gần; Vo = 1,179 (m/s) 4,82 𝑍1 = 2.9,81.(1.0,95.4,121)2 − 1.1,1792 2.9,81 = 0,00577 𝑚 Ta có: Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L ⟹Zi = 0,00577+ 0,0042 + 0,014 + 0,0071 + 0,0352 + 0,3 = 0,366 (m) Zi = 0,366 (m) < [Z] = 2,4 (m), thỏa điều kiện Vậy bc = 2,0 (m) chọn hợp lý 3.3.3 Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống Chiều cao mặt cắt cống Hc = h1 + Trong đó: - độ lưu không, = 0,5 ÷ 1m chọn =1m h1 = 2,0352 (m) ⟹ Hc =2,0352 + 0,8 = 2,8352 m Vậy ta chọn Hc = (m) Cao trình đặt cống - Cao trình đáy cống cửa vào Zv = MNC – h – Zi Trong đó: h – độ sâu dòng cống tháo Qtk, h = 2,0352 (m) Zi – tổng tổn thất cục cửa vào, khe phai, lưới chắn rác, khe van tháo Qtk, Ta có: Zi = 0,00577 + 0,0042 + 0,014+ 0,0071 = 0,0311 (m) Từ ta có: Zv = 115,5 – 2,0352 – 0,0311 = 113,5 (m) - Cao trình đáy cống cửa ra: Zr = Zv – i.L = 113,5 – 0,3 = 113,2 (m) 3.4 Kiểm tra dòng chảy tính toán tiêu : 3.4.1 Trường hợp tính toán: Khi mực nước thượng lưu cao cần mở phần cửa van để lấy lưu lượng cần thiết Do lượng dòng chảy lớn, dòng chảy sau cửa van thường dòng xiết Dòng xiết nối tiếp với hạ lưu dòng êm kênh hạ lưu qua nước nhảy Do cần tính toán để: - Kiểm tra xem nước nhảy có xảy cống hay 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 thượng lưu, nước nhảy cống không tránh khỏi Tuy nhiên lượng dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể Trang 37 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi H1 - Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy sau cửa cống, tránh xói lở kênh hạ lưu Z2 hc a hr L2 d Lb Xác định độ mở cống: Tính theo sơ đồ chảy tự qua cống Q a.bc g.( H 0' a) Trong đó: - hệ số lưu tốc; = 0,95 - hệ số co hẹp đứng; H0’ - cột nước tính toán trước cửa van; H0’ = Ho – hw hw – tổn thất cột nước từ cửa vào vị trí cửa van H0 H V02 g ; V0 = 1,179 (m/s) Trường hợp tính toán: Trường hợp bất lợi lượng dòng chảy: H = MNDBT - đcvào = 139,8 – 113,5 = 26,3 (m) Ta có: H0 = 26,3 + 1.1,179 2.9,81 = 26,4(m) Tổn thất từ đoạn cửa vào cống đến tháp van đóng mở là: hw = Z1 + Zl + Zp + i.L1 Với L1 chiều dài từ đầu cống đến cửa van Chọn sơ vị trí đặt tháp cống cách cửa vào cống đoạn L1= 50 (m) phía đỉnh đập Từ ta có: hw =0,00577 + 0,0042 + 0,014+ 0,00125.50 = 0,0865 (m) Trang 38 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi H0’ = H0 - hw = 26,4 – 0,0865= 26,31 (m) Hệ số co hẹp đứng phụ thuộc tỷ số a/H, xác định a cách sử dụng bảng quan hệ Jucốpxki (giáo trình Thủy lực tập II) sau: F ( c ) Tính F(c): Q .bc H 0' 3/ a Từ theo bảng xác định trị số: H , c a h a .H 0' c H a Theo ta có: (m), hc = c.H’0 (m) Q (m3/s) bc (m) H'0 (m) 4,8 0.95 2,0 26,31 0,0187 0,0071 0,0044 0,187 0,116 0,62 4,6 0.95 2,0 26,31 0,0179 0,0068 0,0042 0,179 0,111 0,62 4,3 0.95 2,0 26,31 0,0168 0,0064 0,0039 0,168 0,103 0,613 4,0 0.95 2,0 26,31 0,0156 0,0059 0,0037 0,155 0,097 0,626 F (c) a/H c a (m) hc (m) 3.4.2 Kiểm tra chảy cống: Vẽ đường mặt nước: Để tìm độ sâu cuối cống hr 3.4.1 Định tính: Cần xác định đại lượng hc, h0, hk - Độ sâu co hẹp sau van: hc = 0,111 (m) ; Q = 4,6 (m3/s) ; - Độ sâu phân giới hk; với kênh chữ nhật hk q g q=bQ = 4,6 = 2,3 (m3/s.m) 2,0 c ℎ𝑘 = √ 0,62.2,32 9,81 =0,694(m) - Độ sâu dòng h0 xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực Ta có m = m0 m m f(𝑅ln )=4mQ0.√i = 4.2.√0,00125 =0,0615 4,6 Tra bảng ta Rln = 0,701 2,0 h Ta có 𝑅𝑏𝑐 =0,701 = 2,853 , tra bảng phụ lục 8.3 ta R =1,427 ln ln Trang 39 Đồ án môn học : Công Trình Thủy ℎ0 ) 𝑅𝑙𝑛 𝑅𝑙𝑛 ℎ0 = ( GVHD: ThS Lê Văn Hợi = 1,427.0,701 = 𝑚 Suy Vậy ta thấy hc < hk < h0 (0,097 < 0,694 < 1) nên dạng đường mặt nước sau van đường nước dâng C1 3.4.2 Định lượng: Vẽ đường mặt nước từ mặt cắt co hẹp C – C cuối cửa Mặt cắt co hẹp cách cửa van đoạn 1,4a = 1,4.0,179= 0,25 (m) Chiều dài tính từ mặt cắt co hẹp C-C đến cuối cống là: l = L – 1,4a = 240 – 0,25 = 239,75 (m) - Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước Theo phương pháp khoảng cách hai mặt cắt có độ sâu h1, h2 là: L Trong đó: E iJ E = E2 - E1 V Q V (m / s ) E h 2g W , W 16 R ( m ) C R X n , V J C R (V n) J J1 J R , Kết tính bảng sau: Trang 40 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Qua bảng tính trên,ta thấy chiều dài phân giới cống( vị trí có hẹp có chiều sâu ℎ𝑘 ) có 𝐿𝑘 = 33,53 (m) lớn chiều dài từ cửa van cửa cống 𝐿2 =190(m) Vậy xảy nước nhảy cống 3.4.3 Tính toán tiêu năng: Tiêu sau cống cần tính dòng chảy khỏi cống dòng xiết (không có nước nhảy cống) hr Vr cửa cống đựơc xác định từ kết việc vẽ đường mực nước từ mặt cắt hc cuối cống Ở việc kết luận chế độ chảy yêu cầu sơ tùy thuộc Lk Lc Cống dài : Lk < Lc - có nước nhảy cống - tiêu theo cấu tạo Cống ngắn : Lk>Lc - có dòng chảy xiết sau cống - cần tính tiêu với hr Vr xác định nói Vậy ta chọn bể tiêu có chiều sâu d = 0,5(m); có chiều dài Lb = 5,0 (m) 3.5 Chọn cấu tạo cống : 3.5.1 Cửa vào, cửa ra: Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu Bố trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần Cửa vào: - Chọn góc chụm hai tường hướng dòng cửa vào khoảng 20o - Tường cách hạ thấp dần theo mái thượng lưu - Sân trước làm Bêtông để chống xói Cửa ra: - Chọn góc chụm cửa 10o - Cửa kết hợp với bể tiêu năng, cuối bể tiêu có phận chuyển tiếp kênh hạ lưu - Sau bể tiêu năng, cần bố trí đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài bằng: Lsn = (2,5 ÷ 3)Ln = (2,5÷3).5, = (12,5 ÷ 15) (m) Chọn Lsn=14m 3.5.2 Thân cống: a Mặt cắt: - Mặt cắt ngang cống có dạng mặt cắt chữ nhật kích thước b x h = (2x3) m - Cống hộp làm BTCT M200 đổ chỗ, góc làm vát để tránh ứng suất tập trung Trang 41 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi - Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, chống thấm yêu cầu cấu tạo - Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo: H 25,85 J t= = 15 = 1,76 (m) Trong đó: H - Cột nước lớn thượng lưu H= 26,3 + 1.1,179 2.9,81 = 26,37 (m) [J] - Gradien cho phép thấm vật liệu bê tông [J] = 10 15 Chọn [J] =15m Sơ chọn chiều dày cống t = 0,5 (m) Phân đoạn cống: Khi cống dài cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn để tránh rạn nứt lún không đều.Chiều dài đón phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống,chia cống thành đoạn có chiều dài từ 10 ÷ 20 (m) ,lấy chiều dài đoạn 15m Tại khe nối cần bố trí thiết bị chống rò rỉ nước Thiết bị chống rò rỉ kim loại dùng cho ngang đứng hộp cống hình vẽ: b a1 4 b- Trang 42 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Sơ đồ khớp nối cống hộp Bêtông a – Khớp nối ngang; b – Khớp nối đứng; – Bao tải tẩm nhựa đường; – Đổ nhựa đường; – Tấm kim loại hình Ù; – Tấm kim loại hình phẳng; – Vữa Bêtông đổ sau c Nối tiếp thân cống với nền: Cống hộp đổ lớp Bêtông lót dày 15cm d Nối tiếp thân cống với đập: Phần tiếp giáp thân cống đất đắp đập bọc lớp đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày 0,5 m Tại đoạn nối cống làm gờ để nối tiếp cống với đất đắp đập cao khoảng 0,5m 3.5.3 Tháp van: - Vị trí tháp van cách chân đập phía thượng lưu đoạn 60m - Mặt cắt ngang tháp van hình vuông (1,2m x 1,2m), chiều dày xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm điều kiện cấu tạo, bên sườn tháp van đặt ống thoát khí (đường kính 30cm) cống - Bên tháp van đặt van: van phía trước van sửa chữa cố van phía sau van công tác, phía tháp van bố trí nhà để đặt máy đóng mở van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập - Khi thiết kế tháp van cần chú ý tới yêu cầu kiến trúc, tạo cảnh quan đẹp phục vụ mục đích dân sinh kinh tế khác 3.6 Tính toán kết cấu cống 3.6.1 Mục đích tính toán: 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 Chọn sơ kích thước thành cống 0,5 (m) Kích thước cửa cống xác định 2x3 (m) 3.6.2 Trường hợp tính toán Tính toán ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống đỉnh đập (trường hợp cột đất cống cao nhất), chiều cao đường bão hòa cao nhất, cống nước (cống đóng) mực nước thượng lưu MNDGC - Cao trình đáy cống mặt cắt tính toán: đc = (113,5 + 113,2) / = 113,35 (m) - Chiều cao cột đất mặt cắt tính toán: H = 139,8– (113,35 + +0,5) = 22,95 (m) Trang 43 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Các tiêu lý đất đắp đập: - Dung trọng tự nhiên tn = 1,944 (T/m3) - Góc nội ma sát tn = 23o - Lực dính đơn vị Ctn = 3,0 (T/m2) Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống: Trường hợp cống hộp, tính cho mét dài Sơ đồ lực tác dụng lên cống ngầm Zl ql Z2 q2 p2 p1 q4 p1 p2 H q5 p'2 p'1 q5 p'1 B p'2 qn Trong đó: + q1 : áp lực đất đỉnh cống + q2 : áp lực nước đỉnh cống + q3 : áp lực nước đáy cống + q4 : trọng lượng thân nắp cống + q5 : trọng lượng thân bên cống + q6 : trọng lượng thân đáy cống Trang 44 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi + p1, p1' : áp lực đất bên thành cống + p2, p2' : áp lực nước bên tác dụng lên bên cống + r : phản lực Áp lực đất a Trên đỉnh: q1 = KiZi Trong đó: Zi i tương ứng chiều dày dung trọng lớp đất đắp đỉnh cống (phần đường bão hòa tính theo trọng lượng tự nhiên; phần đường bão hòa tính theo dung trọng đẩy nổi) γtnđập = 1,944 (T/m3) K : hệ số tập trung áp lực thẳng đứng, phụ thuộc vào điều kiện đặt ống, tra bảng 4–5 (Tính toán CTTL – Trịnh Bốn) trang 206, ta có K = 1,4 q1 = 1,4 x 1,944 x 22.95 = 62,46 (T/m) b Hai bên: Biểu đồ áp lực bên có dạng hình thang, với: - Trên đỉnh: P1 = q1 tg2( 450- /2) =62,46 𝑡𝑔2 (450 − 232 ) = 27,36 (T/m) P1 ' q1 '.tg 45o , với q1’ = q1 + đ.H - Dưới đáy: Trong đó: đ dung trọng đất đắp hai bên thành cống, lấy đn (do cống nằm đường bão hòa) H = + 2.0,5 = (m) q1’ = q1 + đnđập.H = 62,46 + 1,944 x = 70,236 (T/m) 𝑃1 ′ = 70,236 𝑡𝑔2 (450 − 230 ) = 30,77 (T/m) Áp lực nước: Do cống nằm đường bão hoà ,trong cống nước áp lực nước tác dụng lên điểm ta xét Suy ra: q2 = P2 = P2’ = q3 = Trọng lượng thân: a Tấm nắp: q4 = bt.tn = 2,4.0,5 = 1,20 (T/m), với tn: Chiều dày nắp bt: dung trọng bê tông, bt =2,4 (T/m3) b Tấm bên: (phân bố theo phương đứng) Trang 45 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi q5 = b.tb = 2,4.0,5 = 1,20 (T/m), với tb: Chiều dày bên c Tấm đáy: q6 = b.tđ = 2,4.0,5 = 1,20 (T/m), với tđ: Chiều dày đáy Phản lực nền: Biểu đồ phân bố phản lực phụ thuộc loại cách đặt cống, thường r phân bố không đều, song tính toán xem gần đúng phân bố đều, đó: R q1 q2 q4 q6 q3 q5 ( H t đ t n ) B với B = b+ x 0,5 = 2,0+1,0=3,0 (m) 𝑅 = 62,46 + + 1,2 + 1,2 + + 1,2.(4−0,5−0,5) = 67,26 (T/m) Sơ đồ lực cuối trường hợp cống nước: a Các lực thẳng đứng: - Phân bố đỉnh: q = q1 + q2 + q4 = 62,46 + + 1,20 = 63,66 (T/m) - Phân bố hai bên thành: q5 = 1,25 (T/m) - Phân bố đáy: qn = R – q6 + q3 = 67,26 – 1,20 + = 66,06 (T/m) b Các lực nằm ngang: - Bộ phận đều: P = P1 + P2 = 27,36 + =27,36 (T/m) - Bộ phận tuyến tính : Pt=P1’+P2’–P1–P2 = 30,77 + – 27,36 – = 3,41(T/m) Trang 46 ... Trang Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi Thiết kế đập đất 2.1 Cấp công trình chi tiêu thiết kế: 2.1.1 a Cấp công trình: Theo chiều cao công trình lọai nền: Giả thiết sơ cao trình. .. mối , cống công trình chủ yếu đầu mối Cấp công trình đầu mối xác định phần thiết kế đập đất. Như vậy,sẽ chọn công trình cấp I theo tiêu chuẩn ⟹ Kết hợp điều kiện chọn cấp công trình công trình. .. vào đất đắp đập cấp công trình Ứng với đất đắp đập đất Trang 20 Đồ án môn học : Công Trình Thủy GVHD: ThS Lê Văn Hợi cát công trình cấp I ,tra phụ lục 3-3.Chọn [