A Tài liệu cho trước : I Nhiệm vụ công trình : Hồ chứa H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau . 1> Cấp nước tưới cho 165.000 ha ruộng đất canh tác. 2> Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ và cấp nước phục vụ dân sinh ở hạ lưu. II Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối : 1> Một đập chính ngăn nước. 2> Một đường tràn tháo lũ sang khu vực khác. 3> Một cống đặt dưới đập để lấy nước tưới. III Tóm tắt một số tài liệu cơ bản : 1> Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập.
Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT A- TÀI LIỆU CHO TRƯỚC : I/ Nhiệm vụ công trình : Hồ chứa H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau 1> Cấp nước tưới cho 165.000 ruộng đất canh tác 2> Kết hợp nuôi cá lòng hồ cấp nước phục vụ dân sinh hạ lưu II/ Các công trình chủ yếu khu đầu mối : 1> Một đập ngăn nước 2> Một đường tràn tháo lũ sang khu vực khác 3> Một cống đặt đập để lấy nước tưới III/ Tóm tắt số tài liệu : 1> Đòa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập 2> Đòa chất : Cho mặt cắt đòa chất dọc tuyến đập Chỉ tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng I Tầng đá gốc rắn mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hóa dày 0,5 – 1m 3> Vật liệu xây dựng : a> Đất : Xung quanh vò trí đập có bãi vật liệu sau: - Bãi vật liệu A : Trữ lượng 800.000 m cự ly 800 m - Bãi vật liệu B : Trữ lượng 600.000 m cự ly 600 m - Bãi vật liệu C : Trữ lượng 1.000.000 m cự ly 1000 m Chất đất thuộc loại thòt pha cát, thấm nước tương đối mạnh tiêu bảng I Điều kiện khai thác dễ Đất sét khai thác vò trí cách đập 4km trữ lượng đủ làm thiết bò chống thấm b> Đá : Khai thác vò trí cách công trình km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lý : ϕ = 36 ; n = 0,4; γ k = 2,55 T/m (của đá) c> Cát sỏi : Khai thác bãi dọc sông, cự ly xa km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối bảng II Bảng I : Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Đất đắp đập (chế bò) Chỉ tiêu Loại Sét (chế bò) SV: Lớp TH11 HS rỗng N 0,35 Độ ẩm W% 20 0,38 22 ϕ (độ) ẩm bã o 23 20 C (T/m ) ẩm bão hòa 3,0 2,4 17 5,0 13 Trang - - 3,0 1,62 10 -5 γk 1,583 (T/m ) k 4.10 (m/s) Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Cát 0,40 0,39 Đất 18 24 30 26 27 22 1,0 0,7 1,60 1,59 10 -4 10 -6 Bảng II : Cấp phối vật liệu đắp đập d (mm) Loại Đất thòt pha cát Cát Sỏi d10 d50 d60 0,005 0,05 0,08 0,05 0,50 0,35 3,00 0,40 5,00 4> Đặc trưng hồ chứa : - Các mực nước hồ mực nước hạ lưu (bảng III) - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn H max = 3m - Vận tốc gió tính toán : Bảng III : P (%) V (m/s) 32 26 20 17 30 14 50 12 - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT : D (bảng III) - Ứng với MNDGC : D’ = D + 0,4 km - Đỉnh đập đường giao thông chạy qua 5> Tài liệu thiết kế cống : - Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT MNC (Q TK ) : bảng - Mực nước khống chế đầu kênh : bảng - Tài liệu kênh : m = 1,5; n = 0,025; i = 10 -3 ÷ 10 -5 B- NỘI DUNG THIẾT KẾ I/ Đập đất : 1> Thuyết minh : - Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập; - Xác đònh kích thước đập; - Tính toán thấm ổn đònh; - Chọn cấu tạo chi tiết 2> Bản vẽ : - Mặt đập - Cắt dọc đập (hoặc diện hạ lưu); - Các mặt cắt ngang đại biểu lòng sông bên thềm sông; - Các cấu tạo chi tiết SV: Lớp TH11 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất II/ Cống ngầm : 1> Thuyết minh : - Phân tích chọn loại cống vò trí đặt cống; - Tính toán thủy lực xác đònh kích thước cống; - Chọn cấu tạo phận cống; -Phân tích lực để tính toán kết cấu thân cống 2> Bản vẽ : - Cắt dọc, cắt ngang cống - Mặt - Chính diện thượng, hạ lưu - Các cấu tạo chi tiết Bảng IV : Tài liệu thiết kế đập đất cống ngầm Đ ề số Sơ đồ Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu (m) D (km ) MNC (m) MNDBT (m) Bình Thường Q cống (m /s) max MNC (Q TK ) MNDBT (1 ) (2 ) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 39 D 91,0 109,0 87,5 89, 4,4 3,5 90,78 SV: Lớp TH11 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU I NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH : Hồ chứa nước H sông S công trình lợi dụng tổng hợp, có nhiệm vụ sau : - Cung cấp nước tưới cho 165.000 ruộng đất canh tác; - Nuôi cá lòng hồ; - Cấp nước phục vụ dân sinh hạ lưu II CÁC CÔNG TRÌNH CHÍNH Ở KHU ĐẦU MỐI : - Một đập ngăn sông; - Một đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác; - Một cống đặt đập để lấy nước tưới III CHỌN TUYẾN ĐẬP : Căn vào tài liệu đòa hình, đòa chất, vật liệu, điều kiện thi công yếu tố khác, tuyến đập chọn vò trí D - D 1> Về điạ hình : Tuyến đập có cao trình thay đổi từ ∇80m ÷ ∇130m, vùng trủng ∇80m Tuyến nối liền đồi có ∇130m Căn vào đường đồng mức đồ điạ hình ta thấy độ dốc tuyến đập tương đối 2> Về điạ chất : Vùng trũng tuyến đập nằm lớp bồi tích thềm sông có chiều dày 18,5m bên tầng đá gốc Hai đầu tuyến đập nằm lớp phủ tàn tích, bên tầng đá gốc 3> Về vật liệu : Qua trình khảo sát, đánh giá tình hình vật liệu, xung quanh vò trí dự kiến xây dựng đập có nhiều bãi vật liệu với trữ lượng chất lượng đảm bảo, nằm khu vực vận chuyển, khai thác tương đối dễ dàng Cự ly vận chuyển trữ lượng sau : Tên bãi vật liệu SV: Lớp TH11 Loại Cự ly (m) Trang - - Trữ lượng (m3) Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất A B C D E G Đất Đất Đất Sét Đá Cát sỏi 800 600 1.000 4.000 8.000 Dọc sông 800.000 600.000 1.000.000 Đủ Đủ Đủ 4> Điều kiện thi công : Công trình nằm thung lũng, đường giao thông chưa có, nên phải làm đường thi công để tập kết xe máy, thiết bò thi công nguyên vật liệu vào xây dựng công trình Mặt khác, với đòa hình nơi dự kiến xây dựng công trình có lũ thường lưu tốc ,lưu lượng lớn gây nguy hiểm cho việc thi công làm chậm tiến độ xây dựng CT nên cần có biện pháp phòng chống tốt, phải có biện pháp dẫn dòng thoát lũ hiệu CHƯƠNG II : HÌNH THỨC ĐẬP VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ I HÌNH THỨC ĐẬP: Căn vào tài liệu điạ hình, điạ chất vật liệu ta chọn hình thức đập đất đồng chất, loại có tường nghiêng sân phủ II CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ: 1>Cấp công trình : Cấp công trình xác đònh từ hai điều kiện sau: a>Theo chiều cao công trình loại nền: Để xác đònh chiều cao đập, sơ chọn: ∇ Đỉnh đập = MNDGC + d’ MNDGC = MNDBT + H max = 109 + = 112 (m) ∇ Đỉnh đập = 112 + = 114 (m) (d’ : độ vượt cao an toàn đỉnh đập mực nước lũ d’ = 1,5 ÷ 3,0 m) Chiều cao đập = ∇ ĐỈNHĐẬP - ∇ ĐÁY SÔNG = 114 – 80 = 34 (m) Tra bảng P1-1 theo dạng ( theo TCVN 5060-90) => công trình thuộc cấp III b> Theo nhiệm vụ công trình vai trò công trình hệ thống : Tra bảng P2-2 (theoTCVN 5060-90.) Tưới 165.000 ⇒ công trình thuộc cấp II (chủ yếu); cấp III (thứ yếu) Kết luận : Từ điều kiện trên, chọn cấp công trình cấp II 2> Chỉ tiêu thiết kế : Với công trình cấp II ta xác đònh : - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn (bảng P1-3) ⇒ P % = 0,5 - Hệ số tin cậy (bảng P1-6) : K n = 1,20 SV: Lớp TH11 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất - Tần suất gió lớn gió bình quân lớn dựa theo QPTL C178 (bảng P2-1) để xác đònh cao trình đỉnh đập giới hạn gia cố Tần suất gió lớn P 4% ⇒ V 4% = 26 (m/s) Tần suất gió bình quân lớn P 50% ⇒ V 50% = 12 (m/s) - Mức đảm bảo sóng lấy theo bảng P2-2 (Để tính ổn đònh độ bền công trình) Công trình có biến dạng nghiêng gia cố đá đổ i = 1% - Độ vượt cao an toàn đỉnh đập đỉnh sóng lấy theo bảng 51.GTTC1 trang 93 : MNDBT a = 0.7 (m) MNDGC = 0,5 (m) - Hệ số an toàn cho phép ổn đònh trượt cho phép mái đập đất lấy theo bảng P1-7 QPVN 11-77 ⇒ Tổ hợp tải trọng chủ yếu K c = 1,30 Tổ hợp tải trọng đặc biệt K c = 1,15 CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT I XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP : 1> Cao trình đỉnh đập : Được xác đònh từ hai mực nước MNDBT MNDGC : ∇ ĐỈNH ĐẬP (1) = MNDBT + ∆h + h sl + a (2-1) ∇ ĐỈNH ĐẬP (2) = MNDGC + ∆h’ + h sl ’ + a’ (2-2) Trong : - ∆h ∆h’: độ dềnh gió ứng với gió tính toán lớn gió bình quân lớn - h sl h sl ’: chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn gió bình quân lớn - a, a’: Độ vượt cao an toàn Từ (2-1) (2-2) chọn kết cao để xác đònh cao trình đỉnh đập 2> Các bước tính toán : a> Xác đònh ∆ h, ∆ h’: Xác đònh ∆h, ∆h’ theo công thức sau: −6 V D ∆h = 2.10 cos β (m) (2-3) gH ' ∆h = 2.10 Trong V V’ D D’ (m) −6 V' D ' cos β gH : : Vận tốc gió tính toán lớn : Vận tốc gió bình quân lớn : Đà sóng ứng với MNDBT : Đà sóng ứng với MNDGC SV: Lớp TH11 (m) (2-4) V = 26 (m/s) V’= 12 (m/s) D = (km) = 7000 (m) D’= D + 0,4 = 7,4 (km) = 7400 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s ) H, H’ : Chiều sâu nước trước đập H = 109 - 80 = 29 (m) với MNDBT H’ = 112 - 80 = 32 (m) với MNDGC β : Góc kẹp hướng gío tính toán với trục dọc hồ (Hướng gió Thủy Văn cung cấp) : β ⇒ cos β Thay trò số vào (2-3) 26 7000 ∆h = 2.10 −6 ,966 = 0,0321 (m) ,81.29 12 7400 ∆h' = 2.10 −6 ,966 = 0,00656 (m) ,81.32 b> Xác đònh h sl , h sl ’: Theo QPTL C1 – 78 chiều cao sóng leo ứng với mức bảo đảm 1% Tính sau : h sl1% = k k k k h s1% (2-5) Trong đó: Giả thiết trường hợp xét sóng nước sâu H > 0,5 λ (2-6) Tính đại lượng không thứ nguyên: gt gt gD gD' ; ; ; V V' V V ' Trong : t thời gian gió thổi liên tục, với hồ chứa lấy t = 6h = 21.600 s gt ,81 × 21600 gt 9,81 × 21600 = = 8149 ; = = 17658 ; V 26 V' 12 gD ,81 × 7000 gD' ,81 × 7400 = = 101,583 ; = = 504 ,125 ; 2 V 26 V' 12 Tra đồ thò P2-1 xác đònh : ghS ghS ' 26 × ,018 12 × ,032 = ,018 ⇒ hS = = 1,240 ; = ,032 ⇒ h' S = = ,470 ; ,81 ,81 V2 V' gτ 26 × 1,6 gτ' 12 × 2,5 = 1,6 ⇒ τ = = ,241 ; = 2,5 ⇒ τ' = = ,058 V ,81 V' ,81 Trò số λ xác đònh sau: λ= gτ ,81 × ,2412 = = 28 ,096 (m) 2π × ,14 gτ' ,81 × ,058 λ' = = = 14 ,608 (m) 2π × ,14 * Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu theo (2-6) : H > 0,5λ H = 29 (m) (Ứng với MNDBT ) 0.5 λ = 0,5*28,096 = 14,048 (m) < H = 29 (m) Chứng tỏ giả thiết sóng nước sâu đúng, MNDBT thỏa mãn dó nhiên MNDGC sóng sâu SV: Lớp TH11 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất - Tính h s1% = K 1% h s (2-7), Tra hình P2-2 gD h = 101,583 ), ta có: Ki = i = 2,02 V h ⇒ h S1% = hi = K I h s = 2,02×1,240 = 2,50 (m) gD' h' = 504 ,125 ), ta có: Ki = i = 2,01 + Ứng với MNDGC (i = 1%; V' h' ⇒ h’ S1% = h’i = K I h' s = 2,01×0,47 = 0,987 (m) k , k tra bảng P 2-3 (Trang 137 PL) Độ nhám mặt đá lát ∆ = 0,02 Ứng với độ nhám tương đối: ∆ ,02 = = ,008 ⇒ k1 = ; k = 0,9 + Với MNDBT: ∆/h s1% = h 2,50 s 10 + Ứng với MNDBT (i = 1%; + Với MNDGC: ∆/h' 1% = 0,02 ⇒ k = 0,90 k = 0,80 k :Tra bảng P 2-4 phụ thuộc vận tốc gió hệ số mái, dự kiến sơ chọn m = 3,5 với : V = 26(m/s) V' = 12 (m/s) ⇒ k = 1,5 k : Tra từ đồ thò P 2-3 phụ thuộc hệ số mái m tỷ số λ/h sl% λ 28 ,096 = = 11,24 ⇒ k = 1,3 ; hs1% 2,50 λ' 14 ,608 = = 14,8 ⇒ k = 1,5 ; h' s1% ,987 Thay giá trò vào (2-5) : h sl1% = 1*0,9*1,5*1,3*2,50 = 4,39 (m) h' sl1% = 0,90*0.80*1,5*1,5*0,987 = 1,60 (m) Kết tính toán cao trình đỉnh đập ∆h(m) TRƯỜNG HP H sl (m) a (m) MNDBT = 109 0,0321 4,39 0,7 MNDGC = 112 0,00656 1,60 0,5 ∇(m) 114,122 114,107 Với kết tính toán ta chọn cao trình đỉnh đập là: ∇ ĐỈNH ĐẬP = 114 (m) II CHIỀU RỘNG ĐỈNH ĐẬP : Theo qui phạm đập có H< 40 m không yêu cầu giao thông, bề rộng đỉnh đập chon theo cấu tạo B = 5m đập III MÁI VÀ CƠ : 1> Mái đập : Sơ chọn mái theo công thức kinh nghiệm sau xác hóa tính toán ổn đònh - Mái thượng lưu : m = 0,05 H +2 ; với H =114 –80= 34 (m) SV: Lớp TH11 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất m = 0,05.34 +2 = 3,7; chọn m = 4,0 - Mái hạ lưu: m = 0,05 H + 1,5 m = 0,05.34 + 1,5 = 3,2; chọn m = 3,5 2/ Cơ đập : Đập cao 10m nên bố trí mái hạ lưu sau: - Chiều rộng đập b = (m) - Cao trình ∇ CƠ ĐẬP = 95 (m) - Hệ số mái m t = m = 3,0 - Hệ số mái m d = m = 3,5 IV THIẾT BỊ CHỐNG THẤM : Qua tài liệu cung cấp, đất đắp đập đất lớp có hệ số thấm lớn nên cần có thiết bò chống thấm cho thân đập Từ tài liệu cho ta phân đoạn sau : - Đoạn lòng sông dài khoảng 250 (m): Trên lớp bồi tích có chiều dày trung bình 15m, hệ số thấm k n = 10 -6 m/s - Đoạn thềm phải thềm trái: 50 (m) lớp phủ tàn tích có chiều dày trung bình 1,5 (m) có hệ số thấm hệ số thấm đoạn thềm sông ứng với đoạn,mỗi dạng tầng thấm ta chọn thiết bò chống thích hợp Ở đây, ta chọn thiết bò chống thấm kiểu tường nghiêng sân phủ vật liệu chỗ (đất sét) Trong : Đoạn thềm phài thềm trái tầng phong hoá mỏng, ta bỏ làm sân phủ theo cấu tạo Đoạn lòng sông làm sân phủ SƠ BỘ KÍCH THƯỚC - Đỉnh tường chọn - Chân tường δ => 0,8 (m); chọn δ = (m) 1 H ≤ δ2 ≤ H 10 Trong : H cột nước lớn = MNDGC – ∇ ĐÁY ĐẬP = 112 – 80 = 32 (m) * Vậy chọn chiều dày chân tường δ = (m) Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp cao trình MNDGC thượng lưu, chọn ∇ đt = 113 (m) Chiều dày sân phủ: - Ở đầu: t ≥ 0,5 m ⇒ chọn t = m t ≥ H ⇔ t ≥ 2,8m , - Ở cuối: 10 chọn t = 3,0 m Chiều dày sân phủ: L S = (3 ÷ 5)H Lấy L S = 4.H = 128 (m) SV: Lớp TH11 Trang - - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất V THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC THÂN ĐẬP : - Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước, chiều sâu nước hạ lưu ứng với trường hợp là: MNDBT : H = 87,5 – 80 = 7,5 (m) MNDGC : H = 89,5 – 80 = 9,5 (m) Với chiều sâu nước hạ lưu không lớn chọn kiểu thoát nước hình lăng trụ Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao nước hạ lưu max = (1,0 ÷2) m Vậy : + Cao trình đỉnh lăng trụ ∇ đlt = 89,5 + 1,5 = 91 (m) Khối lăng trụ xếp đá hộc, có bề rộng đỉnh B = 2m, hệ số mái m = 1,5 Mặt tiếp giáp lăng trụ với đập bố trí tầng lọc ngược cuội, sỏi - Đoạn sườn đồi : Ứng với hạ lưu nước, sơ đồ đơn giản chọn thoát nước kiểu áp mái Khi cần thiết hạ thấp đường bão hòa chọn kiểu gối phẳng hay ống dọc CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN I.NHIỆM VỤ, TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN : 1> Nhiệm vụ : - Xác đònh lưu lượng thấm - Xác đònh dường bão hòa thân đập - Kiểm tra độ bền thấm đập 2> Các trường hợp tính toán : Trong thiết kế đập đất cần tính với trường hợp làm việc khác đập sau: - Thượng lưu MNDBT, hạ lưu mực nước - Thượng lưu MNDGC, hạ lưu mực nước max - Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột - Trường hợp thiết bò thoát nước làm việc không bình thường Trong đồ án môn học yêu cầu tính với trường hợp thứ 3> Các mặt cắt tính toán : Yêu cầu đồ án tính với mặt cắt đại biểu: - Mặt cắt lòng sông (chỗ tầng thấm dày nhất) - Mặt cắt sườn đồi (đập không thấm nước) SV: Lớp TH11 Trang - 10 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Xem dòng chảy cống với độ sâu: h1 = hh +Z2 (m) Khi tổn thất dọc chiều dài cống iL Với I độ dốc cống xác đònh sau: Q I= ωc R Trong : ω = bc*h1 (m ) χ =bc+2h1 ω R = (m ) χ y C= 1/n *R n hệ số nhám cống = 0,014 ; y=1,5* n L= 274,52 m 3/ Các tổn thất cục : Được xác đònh theo công thức chung vây bắc: αV Zi =ξi* 2g Với ξI hệ số tổn thất +Đối với khe phai, khe van xác đònh dựa theo qui phãm thiết kế cống sâu: ξvan =ξphai = K*ξ =2*0,05 =0,1 +Đối với ξlưới chắn rác xác đònh dựa vào cẩm nang thủy lực Khi lưới chắn rác đặt vuông góc với dòng chảy đến thì: 4/3 S ξlưới = β*( * Sinα b Kết tính ξlưới = 0,11 4/ Tổn thất cữa vào xác đònh theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Q2 αV o − Z1 = 2g g (εϕ nω ) Trong ε hệ số co hẹp bên lấy = 0,98 ϕn : hệ số lưu tốc lấy =0.95 ω : Diện tích mặt cắt ươc sau cữa vào ω= ht*bc Trong ht = (h1+Zv+Zl+Zp) Vo : Lưu tốc tiến gần Để đơn giản trình tính toán xác đònh bề rộng Bc ta tiến hành lập bảng tính toán sau: Cuối theo điều kiện (*) ta chọn bc = 2,7 m III/ Tính chiều cao cống cao trình đặt cống: 1/ Chiều cao cống : Hc SV: Lớp TH11 Trang - 23 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Hc = H1 +∆ Trong : h1 = hhạ + Z2 Q2 αV b − Mà Z2 = (1) 2g g (ϕ n bhn ) 4,8 * 4,8 − = 0,04m (1) Z2 = 19,62(0,95 * 2,7 *1,37) (2,7 * 1,77) * 19,62 Do : h1 = hhạ + Z2 = 1,37+0,04 =1,41 m Ta cần chọn ∆ =0,59 m để Hc = H1 + ∆ = 1,41 +0,59 =2m Kích thước cống cần chọn (b*h) =(2,7*2,0)m 2/Cao trình đặt cống: cao trình đáy cống cữa : Zra = Zkênh – hhạ =112,27-1,37 =110,90 m Cao trình đáy cống cữa vào: Zvào Zra +iL =110,90 + 0,14 = 111,04 m SV: Lớp TH11 Trang - 24 - BẢNG TÍNH TOÁN BỀ RỘNG CỐNG Bc Các số liệu cho trườc: l= 0,11 Q= v 0,1 d= 4,8 m3/s L= 0,4 m y=0,17 274,52 m 2g= 19,62 m/s = 0,98 = h h= 1,37 m n= = 0,95 h bể = ht s Q /2g( ) V o/2g Z1 c c R m m2 m m m m2 m m 10 11 12 13 14 Bc Z2 h1 Zv l m m m m m ph m 0,08 2,2 0,07 2,4 0,06 2,6 0,05 2,7 0,04 2,8 0,04 0,04 3,2 0,03 3,4 0,03 3,6 0,02 3,7 0,02 1,45 0,01 0,01 0,013 1,44 0,01 0,01 0,011 1,43 0,01 0,01 0,01 1,42 0,00 0,00 0,008 9 1,41 0,00 0,00 0,008 1,41 0,00 0,00 0,007 8 1,41 0,00 0,00 0,006 7 1,40 0,00 0,00 0,006 6 1,40 0,00 0,00 0,005 1,39 0,00 0,00 0,005 5 1,39 0,00 0,00 0,004 0,014 1,77 m C 1,49 2,98 0,152 0,1319 0,020 2,9 4,90 0,59 1,47 3,24 0,129 0,112 0,017 3,16 5,07 0,62 1,46 3,49 0,111 0,0962 0,015 3,42 5,25 0,65 1,44 3,75 0,096 0,0834 0,013 3,68 5,43 0,68 1,44 3,88 0,090 0,0779 0,012 3,82 5,53 0,69 1,43 4,01 0,084 0,0729 0,011 3,95 5,62 1,43 4,28 0,074 0,0642 0,010 4,22 5,81 0,73 1,42 4,54 0,066 0,0569 0,009 4,48 6,00 0,75 1,41 4,81 0,059 0,0508 0,008 4,75 6,20 0,77 1,41 5,07 0,053 0,0456 0,007 5,02 6,39 0,79 1,41 5,21 0,050 0,0433 0,007 5,16 6,49 0,79 0,7 Chương : KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG *Trường hợp tính toán: Khi mực nước thượng lưu cao cần mở phần cữa van để lấy lưu lượng cần thiết Donăng lượng dòng chảy lớn nên dòng chảy sau cữa van dòng chảy xiết, dòng xiết nối tiếp dòng êm kênh hạ lưu sinh nước nhảy Vậy cần tình toán để : Kiểm tra xem nước nhảy có xảy cống không Thường với mực nước cao thượng lưu, cần không chế không cho nước nhảy cống để tránh gây rung đông cống gây bất lợi -xác đònh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngfay sau cữa cũa cống, tránh xói lở hạ lưu ta đưa trường hợp tính t6oán sau : -Mực nước dâng bình thường: MNDBT =140,5m -Mực nước chết : MNC = 112,5 m -Lưu lượng tháo qua cống : Qtkế = 4,4 m /s Ứng với (MNDBT) -Lưu lượng tháo qua cống ứng với Qmax =1,2 *4,4 =5,28 m /s (Chèn hình vẽ) I/Xác đònh độ mở cống: -Tính theo sơ đồ dòng chảy tự qua lỗ Q = ϕ * α * a * Bc * g ( H o − α * a ) ' Trong :j : hệ số lưu tốc phụ thuộc vào hình dạng cữa vào , cữa vào tương đối thuận ta chọ ϕ =0,95 a +α : hệ số co hẹp đứng phụ thuộc vào tỉ số Ho +Ho” : cột nước tính toán trước cữa vào Ho” = Ho –hw hw : Cột nước tổn thất từ cữa vào đến vò trí cữa van Hw= (Zl+Zv+Zp) =0,129 m α *v2 1,1 * 0,95 Ho =(MNDBT –Zđáy cống) + =(140,5- 111,04)+ =29,58 m 2g 19.62 H ' o =29,58 –0,129 = 29,45 m Trình tự tính toán : +Giả thiết độ mở cống a a , tra bảngta τc Tính hc =τc* H ' o +Tính tỉ số Ho a * H 'o +Tính a = Ho +Kiểm tra lại lưu lượng qua cống phù hợp độ mở cống Kết xác đònh độ mở cống a ứng với Qmax a ε Q a Qso sánh H 'o Ho m /s m m m /s 5,28 29,45 0,1 0,0035 0,64 5,282 Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Ta có hc = τc* H ' o = 0,0022*29,45 =0,07 m II/ Kiểm tra trạng thái chảy cống: +Vẽ đường mực nước để tìm độ sâu nước cuối cống a/ Theo phương pháp đònh tính: Trường hợp bất lợi cống tháo với lưu lưỡng Qmax =5,28 m /s, mực nước thượng lưu MNDBT Ta có : hc = 0,07 m 1/Xác đònh độ sâu dòng đều: Q = Qmax =5,28 m /s Trường hợp tính cho mặt cắt chữ nhật số liệu để tính: - Hệ số mái m =0; - n=0,014; Độ dốc cống I= 1/2000 =0,0005 Tính f (RLN) Q 5,28 = 29,51 m * i ,* , 0005 f (RLN) = = Với n = 0,014 tra bảng ta có :Rln =0,72 b 2,7 h = = 3,75 ⇒ = 2,146 (ứng với m =0) Lập tỉ số : Rln 0,72 Rln h * R ln = 2,146 * 0,72 = 1,54m Vậy h= R ln Độ sâu dòng cống : ho=1,54 m 2/Xác đònh độ sâu phân giới: Q 5,28 = = 1,95m / s q= bc 2,70 α * q 1,1 * 1,95 = 0,75m hk = = g 9,81 Dễ dàng nhận thấy hc< hk< ho nên dạng đường nước sau cữa van đường nước dâng C I b/ Đònh lượng: Xuất phát từ mặt cắt co hẹp:(c-c) Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước cống Các số liệu phục vụ tính toán: + I: độ dốc đáy cống I=1/5000 ∆∋ + ∆l = Với ∆ϑ = ∋ − ∋1 i− j α *v2 ∋= h + 2g Lấy α =1,1 để tính J + J2 V ;J = Jtbình = C R SV: Lớp TH11 Trang - 29 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Q Hệ số cêdy : C= ω* R Độ sâu ban đầu tính toán độ sâu hc mặt cắt co hẹp c-c cách cữa van đoạn Lc = 1,4 4*a = 1,44*0,15 =0,21 m Sơ chọn cữa van mái đập thượng lưu, từ xác đònh chiều dài từ cữa van đến cuối cống : ∑L =195,90 m HÌNH VẼ MINH HOẠ TÍNH ĐƯỜNG MẶT NƯỚC 140,5 146,7 M=3,6 m=4 113,04 2m m 111,04 m 195,90m SV: Lớp TH11 Trang - 30 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất SV: Lớp TH11 Trang - 31 - BẢNG TÍNH ĐƯỜNG MẶT NƯỚC TRONG CỐNG 2g= 19,62 m/s2 hc= 0,07 m I= Mặt cắt h c-c 0,09 0,243 21,728 5,28 m3/s n= 5E-04 v /2 g V Q= 0,014 Bc= 2,7 m 26,47 26,56 R C*R1/2 J J 10 11 2,88 0,084 14,7 2,1848 -21 1-1 0,2 0,54 9,7778 5,3601 5,56 3,1 0,174 23,83 0,1684 -1,2771 2-2 0,23 0,621 8,5024 4,053 4,283 3,16 0,197 27,23 0,0975 -1,6007 3-3 0,3 0,81 6,5185 2,3823 2,682 3,3 0,245 30,38 0,0460 -0,2685 4-4 0,32 0,864 6,1111 2,0938 2,414 3,34 0,259 31,14 0,0385 -0,3136 5-5 0,35 0,945 5,5873 1,7502 2,1 3,4 0,278 32,61 0,0294 -0,7426 6-6 0,5 1,35 3,9111 0,8576 1,358 3,7 0,365 38,15 0,0105 -0,1621 7-7 0,6 1,62 3,2593 0,5956 1,196 3,9 0,415 41,97 0,0060 -0,058 8-8 0,7 1,89 2,7937 0,4376 1,138 4,1 0,461 44,41 0,0040 -0,006 9-9 Mặt cắt 0,74 1,998 2,6426 0,3915 1,132 h αv /2 g V 4,18 0,478 R 46,74 C*R1/2 10 0,0032 J J 11 0,01522 10-10 0,85 2,295 2,3007 0,2968 1,147 4,4 0,522 47,88 0,0023 0,01794 11-11 0,9 2,43 2,1728 0,2647 1,165 GIẢI THÍCH: 4,5 0,54 49 0,0020 Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất 1: tên mặt cắt 2: chiều sâu cột nước tương ứng với mặt cắt C suy C* R 3: Diện tích mặt cắt ước cống =Bc*h J1 + J V ;J = C R 4/Vận tốc : V= Q ω Trang - 33 - R= 11/Jtb= 14/ 5/ Cột nước lưu tốc tiến gần chiều dài 6/ Năng lượng đơn vò mặt cắt= h+ αv2/2g 7/∆ϑ =ϑ -ϑ 8/χ =Bc+2h SV: Lớp TH11 ω χ 10/Có R n tra 9/ ∆l = ∆∋ i− j 15/ Cộng dồn theo Ta có chiều sâu dòng chảy cống hr cho số trường hợp sau: *Nếu đặt tháp cống mái đập thượng lưu nước nhảy cống.Cần có biện pháp xử lý: Thay đổi độ dốc đáy cống +Thay đổi vò trí đặt tháp van +làm bể tiêu cống Trong điều kiện ta chọn điều kiện thay đổi vò trí đặt tháp van *Nếu đặt cống gần đỉnh đập cách đỉnh đập 2m L=(146,7113,04)4+7+(146,7-113,04)3,6-31,66*4 =136,7m Căn vào bảng tính đường nước dâng cống với L = 136,54m hr =0,7 m Kiểm tra nước có nhảy cống không : Nước nhảy không xảy cống khi: hr < hk (1) ' hr < h h (2) ' Ta cần tính h h hh hk h'h = * + * ( ) − 1 hh 1,54 0,75 * + * ( ) − 1 = 0,30 m 1,54 Xét tất vò trí đặt tháp van nái thượng lưu, thoản mãn điều kiện không thoả mãn điều kiện Nước nhảy cống Chỉ di chuyển tháp mái hạ lưu Đây trường hợp khó xử lý cống gặp cố phải sửa chữa Để thoảmãn hai điều kiện chọn tháp cống vò trí cách cữa 50,0 m lúc có hra = 0,30 m hr= 0,30 < hk=0,75 m (1) ' hr= 0,30 < h h 0,30m (2) IV/Tính toán tiêu năng: a/ Xác đònh chiều sâu bể tiêu năng: 1/ Giả thiết d=0,4m Cần xác đònh chiều sâu bể tiêu để đảm bảo nước nhảy sau cống(Trong phạm vi bể tiêu Muốn ta cần có : Hb>= σ* h " c Trong hbể= hhạ+d+Z2 σ : Hệ số ngập =1,05-1,1; ta chọn σ =1,1 h " c : Độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp dầu bể tính với lượng Eo V +d Eo =hra+ 2g Trong hra= 0,30 m h'h = Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Qra 5,28 = = 6,52m / s Vra = ωra 2,7 * 0,3 6,52 + 0,4 = 2,90 m Eo= 0,3+ 19,62 q 5,28 = = 0,42 F(τc)= 3/ ϕ * Eo 0,95 * 2,7 * 2,9 / Tra bảng ta 0,,522 ⇒ h " c = τ " c * Eo =0,522*2,90=1.51 m Z2= Q2 α *V 2b 5,28 Q − = − 1,1 * * 2 2g g * (ϕn * b * hh) 19,62(0,95 * 2,7 *1,54) ω 19,62 Z2= 0,091 - 0,056 = 0,035m Vậy hbể = hhạ+d+Z2=1,54+0,4+0,035=1,97 m σ* h " c = 1,1*1,51 =1,66 m ⇒ σ* h " c = 1,66 < hbể =1,97 m ⇒ d=1,97-1,66 = 0,31m d1 + d 21 0,4 + 0,31 = = 0,35m 2/Giả thiết d2= 2 Cần xác đònh chiều sâu bể tiêu để đảm bảo nước nhảy sau cống(Trong phạm vi bể tiêu Muốn ta cần có : hb>= σ* h " c Trong hbể= hhạ+d2+Z2 σ : Hệ số ngập =1,05-1,1; ta chọn σ =1,1 h " c : Độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp dầu bể tính với lượng Eo V +d Eo =hra+ 2g Trong hra= 0,30 m Qra 5,28 = = 6,52m / s Vra = ωra 2,7 * 0,3 6,52 + 0,35 = 2,82 m Eo= 0,3+ 19,62 q 5,28 = = 0,434 F(τc)= 3/ ϕ * Eo 0,95 * 2,7 * 2,82 / Tra bảng ta τc= 0,532 ⇒ h " c = τ " c * Eo =0,532*2,82=1.50 m Q2 α *V 2b 5,28 Q − = − 1,1 * * Z2= 2 2g g * (ϕn * b * hh) 19,62(0,95 * 2,7 *1,54) ω 19,62 Z2= 0,091 - 0,056 = 0,035m Vậy hbể = hhạ+d+Z2=1,54+0,35+0,035=1,925 m σ* h " c = 1,1*1,50 =1,65 m SV: Lớp TH11 Trang - 35 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất ⇒ σ* h " c = 1,65 < hbể =1,925 m ⇒ d=1,93-1,65 = 0,28m ⇒ d(tính toán khác so với d2 ta tiếp tục giả thiết nhiều lần kết cuối chọn d =0,3 m Ta chọn d=0,3 m phù hợp đảm bảo nước nhày nhập bể b/ Xác đònh chiều dài bể tiêu năng: Chiều dài Lbể xác đònh theo công thức: Lbể = β*Ln+Lr Trong Lr chiều dài nước rơi: Lr =2* hk ( P + 0,35hk ) ; hk =2/3Eo =2/3*2,80 =1,86 m Lr =2* 1,86(0,3 + 0,35 * 1,86) = 2,66m ; Ln = 4,5 * h " c =4,5*1,45 =6,53 m Lbể = β*Ln+Lr.=0,8*6,53 +2,66 =7,88m Để đơn giản thi công ta chọ Lbể =8 m 3/ Tính chiều dài gia cố sân sau: Chiều dài sân sau tính : Lsân sau= 2,6*Ln =2,6*6,53 =17 m Chương 5: CHỌN CẤU TẠO CỐNG I-Cữa vào, cữa ra: Làm tường cánh mở rộng hạ thấp dần theo mái đập, góc chụm tường hướng dòng cữa vào lấy 20 o Góc chụm hai tường cữa lấy 10 o Hạ lưu cống có bể tiêu gia cố bảo vệ sân sau.(Một số cấu tạo khác thể chi tiết vẽ II- Thân cống : 1/ Mặt cắt ngang: Dạng hình hộp chữ nhật làm bê tông cốt thép M200 Mặt cắt cống làm vát góc để tránh ứng suất tập trung Bề dày cống, theo yêu cầu chống thấm theo yêu cầu cấu tạo cần đảm bảo: H 32,46 = = 2,16m tt ≥ [ J ] 15 Với điều kiện chiều dày thành cống lớn cần giảm chiều dày tăng biện pháp chống thấm Chọn chiều dày cống t =0,30 m 2/ Phân đoạn cống : Tổng chiều dài cống 263 m, thi công đồng thời lúc mà cống phân thành nhiều đoạn đoạn dài 10 m riên đoạn đầu dài 13 m Tổng cộng 26 đoạn 3/ Nối tiếp thân cống với Cống đặt lớp bê tông lót dày 0,15 m, chiều dày thân cống 0,4 m Riêng đoạn tháp van có chiều dày 0,5 m để bố trí tháp van 4/ Nối tiếp thân cống với đập: SV: Lớp TH11 Trang - 36 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Dùng đất sét nện chặt tạo thành lớp bao quanh thân cống dày 1m, vò trí nối tiếp đoạn cống nên tạo thành gờ để nối tiếp cống với đất tốt 5/ Tháp van : Dạng hình hộp chữ nhật kết cấu bê tông cốt thép, kích thước (bxl) =(2,9*4)m Đọạn nằm thân đập có chiều dày 0,4 m, đoạn đập đất có chiều dày 0,3 m Cầu tháp: Dài l= 3,6*(41,7-15) =96 m, cao trình mặt cầu cao trình đỉnh đập đất =146,7 m sân tháp có kích thước: (4,2m*5,3 m) , tức khoảng lưu không lại xung quanh tháp m +Chiều dày sân 0,15 m (BTCTM200) +Quanh sân bên cầu có bố trí lan can để vận hành an toàn +Cữa van máy đóng mở Bố trí hai cữa van máy đóng mở tháp van Cữa tiêu : Cữa mặt cắt chữ nhật, kết cấu bê tông cốt thép M200 dày 0,3m, rộng 2,7 m, chiều sâu bể tiêu sâu 0,3 m dài 8m, nối tiếp bể tiêu kênh đoạn kênh mở rộng dần từ 2,7m đến 4,4 m tường bê tông xoắn vỏ đậu cho thuận nước từ m =0 đến m =1,5, đoạn kênh nối tiếp làm bê tông lát dài L=17 m Chương 6: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG I/ Mục đích tính toán: -Xác đònh nội lực thân cống ứng với trường hợp khác để tính toán thép chiều dày thành cống II/ Trường hợp tính : 1/ Khi thi công xong cống chưa có nước 2/ Khi thượng lưu MNDBT,cống mở để lấy nước 3/ Khi thượng lưu MNDGC, cống đóng 4/ Khi có động đất Trong giới hạn đồ án tính toán cho trường hợp thứ III/ Xác đònh ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống( Tính cho m chiều dài) 1/ p lực đất: a/ Trên đỉnh : q1 = K * Σγ i * Z i Trong : K hệ số phụ thuộc vào điều kiện đặt ống chiều sâu chôn ống, tra bảng K =1,40.tra bảng Zi: chiều dày lớp đất đắp lưng cống( xét vò trí đỉnh đập) Zi = Zđđập – (Zđáy cống +Hcống+d) Với d chiều dày thân cống =0,3 m +Chiều cao đất đắp đường bảo hoà Z1 = Ztn =14,6 m +Chiều cao đất đắp đường bảo hoà Z2 = Zbh =18,76 m SV: Lớp TH11 Trang - 37 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất ⇒ q1 = K * Σγ i * Z i = 1,4 * (γ * Z + γ * Z ) = 1,4(1,97 * 18,76 + 1,94 * 14,6) = 91,3T / m Trong : γ1=γbh=1,97 T/m :=βαχφ γ2=γtn =γkđ(1+w) =1,62(1+0,2) =1,94 T/m b/Ở hai bên: Biểu đồ áp lực đất có dạng hình thang P1=q1xtg (45 -ϕ/2) ( Trênđỉnh) P’1 =q’1x tg (45 -ϕ/2) (Dưới đáy) Trong q’1 = γđ*H γđ dung trọng đất đắp hai bên thành cống lấy với dung trọng đẩy γđn = γbh- γn =1,97 –1 =0,97 T/m Do :P1=q1xtg (45 -ϕ/2)= 84,8 * tg (45 -ϕ/2)= 91,39* tg (35 ) =44,78 T/m P’1 =q’1x tg (45 -ϕ/2)= [91,39+0,97*2,6]x tg (35 ) =46,04 T/m 2/ p lực nước hai bên: Trên đỉnh: Q2=γnxZ2=1*18,46 =18,46 Hai bên: P2=γn*Z2= q2=18,46 P2’=γn(Z2+H)=1*(18,46+2,6)=21,06 Dưới đáy:q3=γn(Z2+H)=21,06 3/Trọng lượng thân: a/ Tấm nắp: q4 =γbt*tnắp=2,5*0,3 =0,75 T/m b/Tấm bên : q5 =γbt*tbên =2,5 *0,3 =0,75 T/m c/Tấm đáy : q6=γbt*qđáy= 2,5*0,6 =1,5 T/m 4/Phản lực : q5( H − td − tn) B 1,5(21,65 − 0,6 − 0,3) = 92,58 T/m r= 91,39+18,46+0,75+1,5-21,06+2* 3,3 +Sơ đồ phân bố lực: a/ Lực thẳng đứng: q=q1+q2+q4 = 91,39+18,46+0,75 =110,6 T/m r= q1+q2+q4+q6q3+2* phân bố bê thành: q5=0,75 T/m b/ Các lực nằm ngang: +Bộ phận phân bố đều: P = P1+P2 = 44,78 + 18,46 = 63,24 T/m SV: Lớp TH11 Trang - 38 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất +Bộ phận tuyến tính : Pt = P’1+P’2 –P1-P2 = 46,04+ 21,06 –44,78-18,46 =3,86 T/m SV: Lớp TH11 Trang - 39 - ... 2,1848 -2 1 1-1 0,2 0,54 9,7778 5 ,36 01 5,56 3, 1 0,174 23, 83 0,1684 -1 ,2771 2-2 0, 23 0,621 8,5024 4,0 53 4,2 83 3,16 0,197 27, 23 0,0975 -1 ,6007 3- 3 0 ,3 0,81 6,5185 2 ,38 23 2,682 3, 3 0,245 30 ,38 0,0460 -0 ,2685... -0 ,2685 4-4 0 ,32 0,864 6,1111 2,0 938 2,414 3, 34 0,259 31 ,14 0, 038 5 -0 ,31 36 5-5 0 ,35 0,945 5,58 73 1,7502 2,1 3, 4 0,278 32 ,61 0,0294 -0 ,7426 6-6 0,5 1 ,35 3, 9111 0,8576 1 ,35 8 3, 7 0 ,36 5 38 ,15 0,0105 -0 ,1621... Trang - 15 - Đồ án môn học Thủy Công Thiết kế Đập Đất Đất 1,58 1, 93 1,96 0,96 17 0 ,30 5 13 0, 23 sét Để tiện xác đònh đại lượng công thức ( 4-1 ) ta tiến hành lập bảng tính Sơ đồ tính toán cho trường