Đồ án Cống Ngầm Thủy lợi

GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Thiết kế cống ngầm lấy nớc dới đập đất Đề số: 38D Tài liệu cho trớc : I- Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nớc H sông S đảm nhận nhiƯm vơ sau: 1- CÊp níc tíi cho 1650 ruộng đất canh tác 2- Cấp nớc sinh hoạt cho 5000 dân 3- Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái phục vụ du lịch II- Các công trình chủ yếu khu đầu mối: 1- Một đập ngăn sông 2- Một đờng tràn tháo lũ 3- Một công đặt dới đập để lấy nớc III- Tóm tắt số tài liệu bản: 1- Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập 2- Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5 ữ 1m 3- Vật liệu xây dựng: a- Đất: xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lợng 800.000m3, cự ly 800m); B (trữ lợng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lợng 1.000.000m3, cự ly 1km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nớc tơng đối mạnh, tiêu nh bảng Điều kiện khai thác bình thờng Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lợng đủ làm thiết bị chống thấm b- Đá: khai thác vị trí cách công trình 8km, trữ lợng lớn, chất lợng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lÝ : ϕ = 23o; n = 0,35 (cđa ®èng đá); k = 2,5 T/m3 (của đá) c- Cát, sỏi: khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ l ợng đủ làm tầng lọc Cấp phối nh bảng Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liêu đắp đập Chỉ tiêu (độ) C (T/m2) k Hệ số Độ ẩm Tự Bão Tự Bão rỗng n W(%) (T/m3) Loại nhiên hoà nhiên hoà Đất đắp đập 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 (chÕ bÞ) SÐt (chÕ bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 Cát 0,40 18 30 27 0 1,60 SV: Lê Văn Hiệp – 45C4 k (m/s) 10-5 4.10-9 10-4 GVHD: NguyÔn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Đất 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10-6 B¶ng 2- CÊp phèi vật liệu đắp đập d (mm) Loại Đất thịt pha cát Cát Sỏi d10 d50 d60 0,005 0,05 0,50 0,05 0,35 3,00 0,08 0,4 5,00 4- Đặc trng hồ chứa: Đề Sơ số đồ Đặc trng hồ chứa Mùc níc h¹ lu Qcèng (m3/s) (m) D (km) MNC MNDBT Bình (m) (m) thờng Mực nớc đầu Max Khi Khi MNC MNDB (Qtk) T kªnh (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 38 D 88.5 106.0 84.5 86.5 4.2 3.3 88.26 - Trµn tù động có cột nớc đỉnh tràn Hmax = 3m - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm b¶o P%: P% V(m/s) 20 30 50 32 30 26 17 14 12 - ChiỊu dµi chun sóng ứng với mực nớc dâng bình thờng: D = 1,8 (km); øng víi mùc níc d©ng gia cêng: D’ = D+ 0,3 = 5,3 (km) - Mùc níc h¹ lu bình thờng: 84,5 m - Mực nớc hạ lu max: 86,5 m - Đỉnh đập đờng giao thông chạy qua SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Nội dung thiết kế : A- Những vấn đề chung: I- Nhiệm vụ, cấp công trình ch tiêu thiết kÕ: 1- NhiƯm vơ: - CÊp níc tíi cho 1650 ruộng đất canh tác - Cấp nớc sinh hoạt cho 5000 dân 2- Cấp công trình: - Theo nhiệm vụ: cấp V - Theo chiều cao công trình ( 32 m): cấp III - Theo cấp công trình đầu mối: cấp III Vậy chọn cấp công trình cấp III 3- Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định đợc tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống nh sau: - TÇn st mùc níc lín nhÊt tríc hå: P = 1% - TÇn st giã lín nhÊt: Pg = 50% - HƯ sè ®é tin cËy: kn = 1,15 II- Chọn tuyến hình thức cống: 1- Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu vực tới tự chảy, cao trình khống chế tới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với công trình khác, đờng tràn đổ sang lu vực khác nên đặt cống bờ phải hay bờ trái đập đợc Khi chọn tuyến đặt cống cần lu ý: - Đặt cống đá - Đáy cống thợng lu chọn cao mực nớc bùn cát lắng đọng thấp mực níc chÕt hå 2- H×nh thøc cèng: - V× cống đặt dới đập đất, mực nớc thợng lu lấy nớc thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý cống ngầm lấy nớc không áp - Vật liệu làm cống bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật - Dùng tháp van để khống chế lu lợng Trong tháp có bố trí van công tác van sửa chữa Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thợng lu vị trí đặt cống 3- Sơ bố trí cống: Từ vị trí đặt cống mặt cắt đập đất có, sơ bố trí cống để từ xác định đợc chiều dài cống (đoạn trớc cửa van, sau cửa van), làm cho SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm việc tính toán thuỷ lực cống Để sơ xác định chiều dài cống, ta chọn cao trình đáy cống thấp MNC (m) Cao trình đáy cống đợc xác hoá tính toán thuỷ lực sau B- Thiết kế kênh hạ lu cống: Kênh hạ lu đợc thiết kế để làm cho việc tính toán thuỷ lực cống I- Thiết kế mặt cắt kênh: 1- Mặt cắt kênh: đợc tính toán với lu lợng thiết kế Q = 4,2(m 3/s) 2- Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (đất cát pha), sơ chọn đợc tiêu sau: - Độ dốc đáy kênh: 2,5.10-4 - Độ nhám lòng kênh: 0,0225 - Hệ số mái kênh: m = 1,5 3- Xác định bề rộng đáy kênh chiều sâu nớc kênh: - Sơ xác định vận tốc không xói: VKX = K.Q0,1 = 0,53.4,20,1 = 0,612 (m/s) Trong đó: + Q: lu lợng kênh (m3/s) + K: hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha, K = 0,53 - Sơ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm: h = 0,5.(1 + VKX) Q = 0,5.(1 + 0,612) 4, = 1,3 (m) - Xác định b theo phơng pháp đối chiếu mặt cắt có lợi nhÊt vỊ thủ lùc: f(Rln) = 4.m0 i = 0,0317 Q Tra phơ lơc (8-1), b¶ng tra thủ lùc ta cã: Rln = 0,88 (m) Tra phô lôc (8-3), b¶ng tra thủ lùc Từ : b = 3,7 m Chän b = m KiÓm tra: < 4, b = = 3,01 < → tho¶ mãn 1,3 h II- Kiểm tra điều kiện không xói: Vì kênh dẫn nớc từ hồ chứa nên hàm lợng bùn cát nớc nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Ngợc lại, cần kiểm tra điều kiện xói lở: Vmax < VKX Trong đó: Vmax lu lớn kênh, tính với lu lợng Qmax Qmax = K.Q = 1,2.4,2 = 5,04 (m3/s) K lµ hƯ số phụ thuộc Q, lấy 1,2 Theo phơng pháp đối chiếu mặt cắt có lợi thuỷ lực ta cã h = 1,312 (m) ω = h( b + m.h ) = 1,312.(5,6 + 1,5.1,312) = 9,93(m ) → Vmax = 4, Qmax = = 0,593 (m/s) 7, 085 SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Ta thÊy: Vmax = 0,593 (m/s) < VKX = 0,612 (m/s) thoả mãn điều kiện không xói III- Tính độ sâu kênh ứng với cấp lu lợng: Chọn bề rộng kênh b = 4,0 (m) Tính toán theo phơng pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi vỊ thủ lùc, ta cã: - Q = 4,2 (m3/s) → h = 1,30 (m) - Q = 3,3 (m3/s) → h = 1,19 (m) C- TÝnh khÈu diÖn cèng: I -Trờng hợp tính toán: Khẩu diện đợc tính với trờng hợp chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ lu lợng lấy nớc tơng đối lớn Thờng tính với trờng hợp MNC thợng lu hạ lu mực nớc khống chế đầu kênh tới Zkc, chênh lệch mực nớc thợng hạ lu là: [∆Z] = MNC - Zkc = 88,5 – 88,26 = 0,24 (m) Lúc này, để lấy đủ lu lợng thiết kế, cần mở hết cửa van Sơ đồ tính toán nh hình (3-1) Hình 3-1: Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định diện cống Trong đó: + Z1: tỉn thÊt cét níc ë cưa vµo + Zp: tæn thÊt khe phai (nÕu cã) + Zl: tæn thất qua lới chắn rác + Zv: tổn thất qua th¸p van + Z2: tỉn thÊt ë cưa II- Tính bề rộng cống bc: Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy đợc lu lợng cần thiết Q chênh lệch mực nớc thợng hạ lu [Z] khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện: Zi [Z] Trong ®ã : ΣZi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L Víi: + i: ®é dèc däc cèng + L: tỉng chiỊu dµi cèng SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Trị số bc đợc tìm phơng pháp dần: cho bc, xác định trị số tổn thất Zi, sau thử lại theo điều kiện 1- Tổn thất cửa ra: dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lu coi nh sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, đó: Q2 α Vb2 Z2 = , ®ã : 2.g (ϕ n b.hh ) 2.g + b: bÒ réng ë cuối bể tiêu năng, b = 4,0 (m) + hh: chiều sâu hạ lu ứng với lu lợng tính toán Q = 4,2 (m3/s) hh = 1,3 m + ϕn: hệ số lu tốc (trong trờng hợp chảy ngập), n = 0,96 + Vb: lu tốc bình quân bể tiêu Giả thiết chiều sâu bể d = 0,5 (m) → Vb = → Z2 = Q 4, = = 0,67 (m/s) ωb 4, 0.(0,5 + 1,3) 4, 22 1.0, 67 = 0,013 (m) 2.9,81.(0,96.4, 0.1,3) 2.9,81 2- Tổn thất dọc đờng: coi dòng chảy cống với độ sâu h = hh + Z2 = 1,30 + 0,013= 1,313 (m) Khi ®ã tỉn thÊt däc chiỊu dµi cèng b»ng i.L, víi i độ dốc dọc cống, xác định nh sau:    Q  Q  i=   =    ω C R    bc h1 C R  Trong ®ã: C R tính với mặt cắt cống có chiều rộng b c, chiều sâu h1 Q = 4,2 (m3/s) L = B®+ Bc+ (Z®® -MNC+1).(m1+m2) = +3 + ( 112 – 88,5 +1).(3,5 + 4) = 193 m 1 C = R n bh ω R= = c χ bc + 2h1 3- C¸c tỉn thÊt cơc bé Zv, Zl, Zp: a- Tỉn thất qua tháp van: Do khoảng cách từ tháp van đến cửa xấp xỉ chiều dài cống, vËy ta cã thĨ lÊy chiỊu s©u cét níc sau cưa van lµ: hv = h1 + i.L α Vv2 Zv = ξv , ®ã : 2.g + ξ v : Tæn thÊt van, lÊy ξ v = 0,1 SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Q Q = ω bc hv + Vv = b- Tæn thÊt qua lới chắn rác: Zl = l Vl , ®ã : 2.g + ξ l : HƯ sè tỉn thÊt qua líi, lÊy ξ l = 0,1 + V1 = Q Q Q = = ω bc h1 bc (hν + zν ) c- Tæn thÊt qua khe phai: Zp = ξp α V p2 2.g , ®ã : + ξ p : hƯ sè tỉn thÊt qua mét khe phai, ξ p = 0,05 + Vp = Q Q = bc h p bc (hl + zl ) 4- Tổn thất cửa vào: Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: αV02 Q2 − → Z1 = 2.g (ϕ n ε bc hh ) 2 g Trong ®ã: + ϕn: hƯ sè lu tèc ë cưa vµo, ϕ = 0,95 ε : hƯ sè co hĐp bªn, ε = + : diện tích mặt cắt ớt sau cửa vào, ω = bc.hh + V0 : Lu tèc tíi gÇn BC ZV ZL Zp Z1 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 0.007382 0.009333 0.010127 0.010040 0.009454 0.008652 0.007801 0.006986 0.006243 0.005581 0.005001 0.004494 0.004052 0.007351 0.009266 0.010031 0.009933 0.009350 0.008559 0.007723 0.006921 0.006189 0.005538 0.004965 0.004465 0.004028 0.003660 0.004600 0.004969 0.004914 0.004625 0.004235 0.003823 0.003429 0.003069 0.002748 0.002465 0.002218 0.002002 0.516427 0.317680 0.201837 0.132485 0.089935 0.063110 0.045703 0.034072 0.026080 0.020440 0.016360 0.013341 0.011060 Z2 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 i i*L ∑Z 0.011457 0.006702 0.004291 0.002933 0.002107 0.001573 0.001211 0.000957 0.000772 0.000634 0.000528 0.000447 0.000382 2.176898 1.273474 0.815341 0.557323 0.400290 0.298842 0.230131 0.181772 0.146639 0.120424 0.100414 0.084839 0.072506 2.724718 1.627353 1.055304 0.727695 0.526653 0.396398 0.308180 0.246180 0.201220 0.167731 0.142206 0.122356 0.106649 TÝnh to¸n ta thÊy bc = 2,6 (m) thoả mãn điều kiện Vì bề rộng cống không lớn nên ta không cần chia khoang cho cống SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm III- Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống: 1- Chiều cao mặt cắt cống: Hc = h1 + = 1,3 + 0,6 = 1,9 (m) LÊy Hc = m Trong đó: + h1 xem hình 3-1 + : độ lu không, lấy 0,6 (m) + Hc cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, (thờng khống chÕ Hc ≥ 1,6 m ®Ĩ tiƯn kiĨm tra sưa chữa) phù hợp với kích thớc chuẩn quy định TCVN 5060 - 90 2- Cao trình đặt cống: - Cao trình đáy cống cửa vào: Zv = MNC - h - ΣZi = 88,5 - 1,30 - 0,20 = 87 (m) Đặt Zv = 87 m Trong đó: + h: độ sâu dòng cống th¸o QTK, h = h1 = 1,3 (m) + ΣZi: tỉng tỉn thÊt cơc bé ë cưa vµo, khe phai, lới chắn rác, khe van tháo QTK Zi = 0,2012 m - Cao trình đáy cống cửa ra: Zr = Zv - i.L = 87 - 0,147 = 86,953 (m) Đặt Zr = 86,90 m D- Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu năng: I- Trờng hợp tính toán: mực nớc thợng lu cao cần mở phần cửa van để lấy đợc lu lợng cần thiết Do lợng dòng chảy lớn, dòng chảy sau cửa van thờng dòng xiết Dòng xiết nối tiếp với dòng êm kênh hạ lu qua nớc nhảy Do cần tính toán để: - Kiểm tra xem nớc nhảy có xảy cống không Thờng với mực nớc cao thợng lu, cần khống chế không cho nớc nhảy cống để tránh rung động bất lợi Còn với mực nớc thấp thợng lu, nớc nhảy cống không tránh khỏi Tuy nhiên lợng dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể - Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nớc nhảy sau cửa cống, tránh xói lở kênh hạ lu Trong phần đề giới hạn việc tính toán cho trờng hợp mực nớc cao với lu lợng tơng ứng Sơ đồ tính toán cho trờng hợp nh hình 3-2 SV: Lê Văn HiƯp – 45C4 GVHD: Ngun ThÕ §iƯn ThiÕt kÕ cống ngầm mndbt Hình 3-2: Sơ đồ tính toán thuỷ lực mực nớc cao thợng lu II- Xác định độ mở cống: Tính theo sơ đồ chảy tự qua lỗ Q = ..a.bc 2.g ( H 0' − α a ) Trong ®ã: - ϕ: hƯ sè lu tèc - α: hƯ sè co hĐp ®øng ' - H : cét níc tÝnh to¸n tríc cưa van: ' H = H0 - hw = 19 - 0,06 = 18,94(m) + H0 = H + α V02 = MNDBT - ∇ ®c = 106,0 - 87 = 19,00 (m) 2.g + hw: tỉn thÊt cét níc từ cửa vào vị trí cửa van, hw = 0,06 (m) HƯ sè co hĐp ®øng α phơ thuộc tỷ số a/H, xác định a cách sử dụng bảng quan hệ Jucốpxki nh sau: F (τ c ) = Q ϕ bc H 4, ' o = 0,95.5, 0.18,94 = 0,0058 → τc = 0,0047 → hc = τc.H '0 = 0,0047.18,94 = 0,089 (m) Tra b¶ng 16-1 cã: ε = 0,611 a τ c 0, 0047 = = = 0, 0077 → a = 0, 0077.19 = 0,1463m H ε 0, 611 → Q* = 0,95.0, 611.0,1463.2, 2.9,81 ( 18,94 − 0, 611.0,1463) = 4,25 (m3/s) ∆Q = Q −Q* 100% = 1,2% < 5% Q VËy: Giá trị a xác định chấp nhận đợc III- Kiểm tra chảy cống: 1- Vẽ đờng mặt nớc để tìm độ sâu cuối cống hr: SV: Lê Văn Hiệp 45C4 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm a- Định tính: cần xác định hc, h0, hk hc = 0,089 (m) hk = α q = g 1.4, 22 = 0,467 (m) 9,81.2, 62 Dùng phơng pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi thuỷ lực ta cã: h0 = 1,3 m So s¸nh ta thÊy: hc < hk < ho Vậy: dạng đờng mặt nớc sau van đờng nớc dâng CI b- Định lợng: Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C vẽ cuối cống Mặt cắt co hẹp lấy cách cửa van khoảng 1,4.a = 0,205 (m) Có thể dùng phơng pháp cộng trực tiếp để vẽ đờng mặt nớc Theo phơng pháp khoảng cách hai mặt cắt có độ sâu h h2 biết là: ∆L= ∆∋ i−J Víi: ∆ ∋ = ∋2 - ∋1; ∋2 = h2 + α V22 α V12 ; ∋1 = h1 + 2.g 2.g  V2 J + J2 ; J2 =  J= c R 2     ; J =  V1  c R      Dùng phơng pháp cộng trực tiếp (tính gần ®óng) ®Ĩ vÏ ®êng mỈt níc BẢNG TÍNH ĐƯỜNG MẶT NƯỚC TT h w 0.089 0.09 0.1 0.2314 0.234 0.26 V α V2 2.g ∋ R 18.15 17.95 16.15 16.79 16.42 13.3 16.88 16.51 13.4 0.0833 0.0842 0.0929 SV: Lª Văn Hiệp 45C4 10 V2 C R 1.143 1.106 0.812 _ ∆∋ ∆l 10 11 1.125 0.959 -0.37 -3.11 0.3293 3.2449 J ∑ ∆l 12 0.3293 3.5742 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.52 0.78 1.04 1.3 1.43 8.077 5.385 4.038 3.231 2.937 3.325 1.478 0.831 0.532 0.44 3.525 1.778 1.231 1.032 0.99 0.109 0.034 0.015 0.008 0.006 0.46 0.072 0.025 0.012 0.007 -9.875 -1.747 -0.547 -0.199 -0.042 21.482 24.678 22.658 17.936 6.3848 25.056 49.734 72.392 90.328 96.713 0.005 0.002 0.006 0.004 -0.063 0.0384 12.5 12.922 109.21 122.13 1.023 1.034 0.1733 0.2438 0.3059 0.3611 0.3865 0.410 0.4952 0.506 0.514 10 11 0.6 0.8 1.56 2.08 2.692 2.019 0.369 0.208 0.969 1.008 12 13 0.83 0.85 2.158 2.21 1.946 1.9 0.193 0.184 0.002 0.002 0.002 0.002 0.0152 0.011 10.178 8.3249 132.31 140.64 14 0.9 2.34 1.795 0.164 1.064 0.5318 0.002 0.002 0.0301 26.917 167.56 Bằng cách ta xác định đợc hr = 0,83 m KiĨm tra níc nh¶y cèng: Do hr > hk nên xảy nớc nhảy cống Vậy cần có biện pháp xử lý sau: - Thay đổi độ dốc đáy cống - Thay đổi vị trí đặt tháp van - Chấp nhận có nớc nhảy cống phải tính toán để xác định độ sâu nớc nhảy đảm bảo không chạm trần cống " * Tính độ sâu liên hiệp với độ sâu mặt cắt co hẹp ( hc ): vi hc = 0,089 m 3     hk  hc  0, 089   0, 467     (1+ 8.  − = +  h = ÷ − 1 = 1,45 m  2 0, 089 h      c     " c Víi hc" > h0 : hạ lu không sinh nớc nhảy ngập IV Tính toán tiêu năng: 1- Xác định chiều sâu bể tiêu năng: Đối với trờng hợp nớc nhảy cống ta phải điều chỉnh độ dốc cống, đảm bảo nớc nhảy cống khong chạm trần cống Khi ta cần đào bể sâu 0,5 m Tuy nhiên ta xem xét toán nh có nớc nhảy cống để làm quen với phơng pháp tính toán Bài toán đặt xác định chiều sâu bể d để đảm bảo xảy nớc nhảy sau cửa cống ( phạm vi bĨ), mn vËy cÇn cã: hb ≥ σ hc” Trong ®ã: - h b = h h + d + Z - σ: hÖ sè ngËp, b»ng 1,05 - 1,1 - hc: độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp, tính với lợng toàn phần E0 Eo = hr + SV: Lê Văn Hiệp 45C4 11 Vr2 +d 2.g GVHD: Ngun ThÕ §iƯn ThiÕt kÕ cèng ngầm + hr: độ sâu dòng chảy mặt cắt cuối cống + Vr: lu tốc bình quân dòng chảy mặt cắt cuối cống hr = hh = 0,83 (m) ωr = hr bc = 0,83.2,6 = 2,158 (m2) Vr = Q 4, = = 1,95 (m/s) ωr 2,158 Gi¶ thiÕt d = 0,5 (m) 1,952 + 0,5 = 1,524 (m) 2.9,81 Eo = 0,83 + F (τ c ) = Q 4, ϕ bb E o = 0,95.2, 6.1,524 = 0,904 Tra b¶ng tÝnh thủ lùc ta cã: τc” = 0,694 → hc” = τc”.Eo = 0,694.1,524 = 1,058 (m) Với giả thiết d = 0,5 (m) thì: hb = 0,88 + 0,5 + 0,01 = 1,39 (m) σ hc” = 1,05.1,058 = 1,11 (m) VËy hb ≥ σ hc” thoả mãn điều kiện 2- Xác định chiều dài bể tiêu năng: Lb = L1 + Ln Trong đó: - L1: chiều dài nớc rơi đợc tính nh qua đập tràn đỉnh rộng L1 = 1,64 H o ( P + 0,24.H o ) P = d = 0,5 (m) α V 1,952 Ho = h r + = 0,83 + = 1,024 (m) 2.g 2.9,81 r L1 = 1,64 1, 024 ( 0,5 + 0, 24.1, 024 ) = 1,433 (m) - β: hÖ sè, β = 0,8 - Ln: chiều dài nớc nhảy, tính theo công thức gần Saphơranet: Ln = 4,5.hc” = 4,5.1,058 = 4,761 (m) VËy, chiỊu dµi bĨ lµ: Lb = 1,433 + 0,8.4,761 = 5,242 (m) VËy ta lÊy chiỊu dµi bĨ lµ: Lb = 5,5 m E- Chọn cấu tạo cống: I- Cửa vào, cửa ra: Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thợng, hạ lu Thờng bố trí tờng hớng dòng theo hình thức mở rộng dần Góc chụm hai t- SV: Lê Văn Hiệp 45C4 12 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm ờng hớng dòng cửa vào thờng lấy khoảng 180 ữ 230 lớn hơn; góc chụm cửa khoảng 80 ữ 120 để tránh tợng tách dòng Các tờng cánh làm hạ thấp dần theo mái Cấu tạo cửa cần kết hợp với việc bố trí thiết bị tiêu Cuối bể tiêu cần có phận chuyển tiếp kênh hạ lu Sau bể tiêu cần bố trí đoạn bảo vệ kênh hạ lu có chiều dài Lsn Tờng hớng dòng đợc thiết kế hạ thấp dần: phía thợng lu hạ theo mái, phía hạ lu hạ thấp từ đỉnh cống xuống cao trình bờ kênh hạ lu Sau bể tiêu đoạn kênh đợc bảo vệ đá lát khan dày 30 cm với chiều dài đoạn bảo vệ đợc xác định theo công thức cửa V-dơgô: Lsân sau = 0,4*hh/n ( n: hệ số nhám đoạn bảo vệ, tra phụ lục 4-3 Các bảng tÝnh thuû lùc’’ ta cã n = 0,025)  Lsn = 0.4*(1,3/0.025) = 20,8 (m) VËy ta chän chiỊu dµi đoạn kênh đợc bảo vệ sau bê tiêu L sn = 21 (m) II Thân cống: 1- Mặt cắt: cống hộp thờng làm bê tông cốt thép, đổ chỗ Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thờng làm vát góc để tránh ứng suất tập trung Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm, cần đảm bảo: t≥ H 19 = = 1,27 (m), qu¸ lín → Chọn t = 0,5 (m) theo điều kiện cấu tạo [ J ] 15 Khi chÕ t¹o cã sư dơng phụ gia chống thấm gia cố thêm SV: Lê Văn Hiệp 45C4 13 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Trong đó: - H: cột nớc lớn nhÊt H = MNDBT - ∇ ®c = 106,0 - 87 = 19,00 (m) - [J]: gradien thÊm cho phÐp vật liệu, [J] = 15 2- Phân đoạn cống: cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn để tránh rạn nứt lún không Chiều dài đoạn phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống, thờng lấy khoảng 10 ữ 20 (m) Khi sử dụng đoạn ống đúc sẵn chiều dài đoạn từ m để tiện chuyên chở Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nớc Thiết bị chống rò kim loại dùng cho ngang đứng cống hộp có cấu tạo nh hình 3-3 Hình 3-3: Sơ đồ khớp nối cống hộp bê tông a Nối ngang b Nối đứng Bao tải tẩm nhựa đờng Đổ nhựa đờng Tấm kim loại phẳng hình Tấm kim loại phẳng Bao vữa đổ sau Khi cột nớc tác dụng không cao làm thiết bị chống rò khớp nối kiểu dây thừng tẩm nhựa đờng phía cống lớp giấy dầu 3- Nèi tiÕp th©n cèng víi nỊn: Cèng hép cã thể đổ trực tiếp hay lớp bê tông lót dày 10 ữ 15 cm, đá tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế áp suất đáy móng 4- Nối tiếp thân cống với đập: Thờng dùng đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày 0,5 ữ m Tại chỗ nối tiếp đoạn cống, làm thành gờ để nối tiếp cống với đất đợc tốt SV: Lê Văn HiƯp – 45C4 14 GVHD: Ngun ThÕ §iƯn ThiÕt kÕ cống ngầm III- Tháp van: Vị trí tháp van bố trí khoảng mái thợng lu kiểm tra thông qua tính toán thuỷ lực cống ( đảm bảo không sinh nớc nhảy cống ứng với mực nớc cao) đảm bảo yêu cầu khác Trong tháp thờng bố trí van công tác van sửa chữa cố, bố trí lỗ thông cần thiết ( có nớc nhảy cống chiều sâu sau nớc nhảy xấp xỉ tới trần cống) Mặt cắt ngang tháp thờng làm dạng chữ nhật Chiều dày thành xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo Thờng 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 F- Tính toán kết cấu cống: I- Mục đích tính toán: Xác định nội lực phận cống ứng với trờng hợp làm việc khác cống để từ bố trí cốt thép kiểm tra tính hợp lý chiều dày thành cống chọn II- Trờng hợp tính toán: cần tính toán cống với trờng hợp làm việc khác nhau: - Khi míi thi c«ng xong cèng cha cã níc - Khi thợng lu MNDBT, cống mở để lấy nớc - Khi thợng lu 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 trờng hợp đại biểu Đó trờng hợp thứ III- Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống: Ta tính cho mét chiều dài cống hộp chữ nhật 1- áp lực đất: a- Trên đỉnh: q1 = k i.Zi Trong đó: - Zi: chiều dày lớp đất đắp đỉnh cống - i: dung trọng lớp đất đắp đỉnh cống - k: hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống H  k = f  B  o + H: khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp + Bo: bề rộng hào Phơng trình đờng bão hoà: Y= 102,32 1, 069.X ( tính đồ án đập đất ) SV: Lê Văn Hiệp 45C4 15 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm Từ phơng trình đờng bão hoà ta có: Chiều dày lớp đất từ lớp sét đến đờng bão hoà là: Z2 = 7,0 (m); đnđ = 0,944 (T/m3) Chiều dày lớp ®Êt tõ ®êng b·o hoµ ®Õn ®Ønh ®Ëp lµ: Z1 = 10,0 (m); tnđ = 1,944 (T/m3) Để nối tiếp thân cống với đập dùng lớp sét đầm chặt dày 1,0 (m) Z2 = 0,5 (m); đns = 0,93 (T/m3) → q1 = 0,5.0,93 + 7,0.0,944 + 10.1,944 = 26,512(T/m) b- Hai bên cống: biểu đồ áp lực có dạng hình thang ) p1 = q1’ tg2(45o - ) p1 = q1 tg2(45o - q1’ = q1 + γ ® H = 26,512 + 0,944.2 = 28,4 (T/m) 20 ) = 13,23 (T/m) 20 p1’ = 28,4 tg2(45o ) = 14,156 (T/m) → p1 = 26,512.tg2(45o - 2- ¸p lùc níc: áp lực nớc gồm áp lực nớc bên bên cống (nếu có) áp lực nớc cống tác dụng đỉnh, hai bên dới đáy cống áp lực nớc bên cống tác dụng hai bên đáy cống Cờng độ áp lực nớc xác định theo quy luật thuỷ tĩnh Trong đồ án bỏ qua cờng độ áp lực nớc bên cống a- Trên đỉnh: q2 = n.(Z2 + Z2’) = 1.(7,0 + 1,0) = 8,0(T/m) b- Hai bªn: p2 = γ n.(Z2 + Z2’) = 1.(7,0 + 1,0) = 8,0 (T/m) p2’ = γ n.(Z2 + Z2’ + H) = 1.(7,0 + 1,0 + 2) = 10,0 (T/m) c- Dới đáy: q3 = n.(Z2 + Z2 + H) = 1.(7,0 + 1,0 + 3) = 11,0 (T/m) 3- Trọng lợng thân: a- Tấm nắp: q4 = γ b.tn = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m) Trong ®ã: - b: trọng lợng riêng bê tông - tn: chiều dày nắp, tn = 0,5 m b- Tấm bªn: q5 = γ b.tb = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m) Trong đó: tb chiều dày bên = 0,5 m c- Tấm đáy: SV: Lê Văn Hiệp 45C4 16 GVHD: Nguyễn Thế Điện Thiết kế cống ngầm q6 = γ b.t® = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m) Trong ®ã: tđ chiều dày đáy = 0,5 m 4- Phản lực nền: biểu đồ phân bố phản lực phụ thuộc vào loại cách đặt cống, thờng phân bố không đều, song tính toán xem gần phân bố Khi phản lực r đợc tính nh sau: r = q1đ + q2n + q4 + q6 + q3 + 2.q5 H − td − tn B = 26,512 + 8,0 + 1,2 + 1,2 + 8,0 + 2.1,2 − 0,5 − 0,5 2, + 0,5.2 = 45,082 (T/m) 5- Sơ đồ lực cuối trờng hợp cống nớc: a- Các lực thẳng đứng: - Phân bố đỉnh: q = q1 + q2 + q4 = 26,512 + 8,0+ 1,2 = 35,712 (T/m) - Ph©n bè hai bên thành: q5 = 1,2 (T/m) - Phân bố dới đáy: qn = r - q6 + q3 = 45,082 - 1,2 + 11,0 = 54,882 (T/m) b- C¸c lực nằm ngang: - Phân bố đều: p = p1 + p2 = 13,23 + 8,0 = 21,23 (T/m) - TuyÕn tÝnh: pt = p1’ + p2’ - p1 - p2 = 14,156 + 10,0 – 21,23 = 2,926 (T/m) Sơ đồ lực tác dụng lên cống ngầm F- Kết luận: Mực n c ngầm SV: Lê Văn HiƯp – 45C4 17 GVHD: Ngun ThÕ §iƯn ThiÕt kÕ cống ngầm Nội dung đồ án giải công việc sau: - Chọn tuyến công trình, tuyến cống hình thức cống - Thiết kế kênh h¹ lu - TÝnh khÈu diƯn cèng - KiĨm tra trạng thái chảy tính toán tiêu - Tính toán kết cấu cống Chọn cấu tạo cống Công việc tính toán, thiết kế đồ án giúp chúng em củng cố kiến thức học, nắm đợc quy trình tính toán Nghiên cứu suy nghĩ sâu vấn đề thiết kế Tuy nhiên làm đồ án, kiến thức hạn chế, kinh nghiƯm vỊ thùc tÕ hiƯn trêng vµ thiÕt kÕ cha có nên tránh khỏi lúng túng bố trí mặt bằng, kết cấu, tính toán em mong đợc thầy cô giáo hớng dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy hớng dẫn chúng em hoàn thành đồ án Hà nội, ngày 10 tháng 10 năm 2007 Sinh viên thực Lê Văn Hiệp SV: Lê Văn Hiệp 45C4 18