PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ CỐNG LỘ THIÊN O0O 1. GIỚI THIỆU CHUNG I. VỊ TRÍ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH: Cống B được xây dựng ven sông Y để tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt. Cống có nhiệm vụ tiêu nước cho 30.000 ha. II. CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ: 1. Tra bảng P12 ta có diện tích tiêu là 30.000 ha nên công trình thuộc cấp III. 2. Các chỉ tiêu thiết kế: Với công trình cấp III ta xác định được: Từ P13 ta xác định được tần suất thiết kế lưu lượng P=1%. Hệ số vượt tải (P14) n = 1,20. Hệ số điều kiện làm việc (P15) : m =1 Hệ số tin cậy (P16) : Kn=1,15. 2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG Mục đích: Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng cống. I. TÍNH TOÁN KÊNH HẠ LƯU: Ta có số liệu về kênh: Độ dốc mái m = 1,5. Độ dốc đáy kênh i = 104 Độ nhám n = 0,025. Lưu lượng tính toán Q = Qtiêumax = 60 m3s. ZĐáykênh = 1,00m. hh = ZsôngTKế Zđáy kênh = 3,36(1,0) = 4,36m Ta tìm được chiều rộng đáy kênh theo phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực: Tính: Tra theo phụ lục (81) bảng tra thuỷ lực ta được : Rln = 2,9357 hRln = 4,362,9357 = 1,4852. Tra theo phụ lục (83) bảng tra thuỷ lực ta được : bRln = 3,587.
Muc LÔC: MÔC LÔC: Phần I: Tài liƯu tÝnh to¸n Phần II: Thiết kế sơ cống lé thiªn 1 Giíi thiƯu chung I Vị trí nhiệm vụ công tr×nh: II Cấp công trình tiêu thiết kế: 2 TÝnh to¸n thđy lùc cèng I Tính toán kênh hạ lu: II TÝnh to¸n khÈu diÖn cèng: III - Tính tiêu phòng xói .7 3 Bè trÝ c¸c bé phËn cèng I - th©n cèng: II §êng viÒn thÊm: 10 III Nối tiếp thợng lu hạ lu: .12 4 TÝnh toán thấm dới đáy công trình 13 I Những vấn đề chung: .13 II TÝnh thÊm cho trờng hợp chọn: 13 III KiĨm tra ®é bỊn thÊm cđa nỊn: 15 5 TÝnh to¸n ổn định cống 16 I Mục đích trờng hợp tính toán: 16 II TÝNH TO¸N ổn định: .16 Tính kết cấu đáy cống 20 I Mở đầu 20 ii tính toán ngoại lực: 20 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 25 Đồ án môn học SVTH: NGUYEN THANH NAM1 Thiết kÕ cèng lé thiªn - - PHầN I: TI LIệU TíNH TOáN - o0o I Nhiệm vụ công trình: - Cống B xây dựng ven sông Y (cùng chịu ảnh hởng thuỷ triều) để tiêu nớc, ngăn triều giữ - Diện tích tiêu 30.000 - Cống xây dựng đờng giao thông có loại xe -10 qua II Lu lợng mực nớc thiết kế: Qtiêumax (m3/s) Tiêu nớc Zkhống ZTKsông chế (m) đồng (m) 90 3.66 Zminsông (m) 3.49 0.25 Ngăn triều Zmaxsông Zminđồng (m) (m) 6.30 0.92 III Tài liệu kênh tiêu: ZĐáy kênh = -1.00m Độ dốc đáy i = 10-4 Độ dốc mái m = 1.5 Độ nhám n = 0.025 IV Tµi liƯu vỊ giã vµ chiỊu dµi trun sãng: - Gió: Bảng sau: Tần suất P% V(m/s) 20 30 50 28.0 26.0 22.0 18.0 16.0 14.00 - Sóng: Bảng sau: Trờng hợp D(m) ZSông bình thờng ZSông max 200 300 V Tài liệu địa chất: Đất thịt tõ cao ®é +1.00 ®Õn -1.00 SVTH: NGUYEN THANH NAM2 Đất cát pha từ -1.00 đến -20.00 Đất sét từ -20.00 đến -40.00 Chỉ tiêu lý (Bảng 1) Thời gian thi công năm - Bảng 1: Chỉ tiêu lý đất cống Loại đất Chỉ tiêu k(T/m3) TN(T/m3) Độ rỗng n TN (độ) bh (®é) CTN (T/m3) Cbh (T/m3) Kt (T/m3) HƯ sè rỗng e Hê số nén a(m2N) Hệ số không Đất thịt Cát pha Đất sét 1.47 1.70 0.40 19o 16o 1.50 1.00 4.10-4 0.67 2.20 1.52 1.75 0.38 23o 18o 0.50 0.30 2.10-6 0.61 2.00 1.41 1.69 0.45 12o 10o 3.50 2.50 1.10-8 0.82 2.30 8.00 9.00 7.00 Phần II: Thiết kế sơ cống lộ thiên - o0o - SVTH: NGUYEN THANH NAM3 1 Giíi thiệu chung I Vị trí nhiệm vụ công trình: Cống B đợc xây dựng ven sông Y để tiêu nớc, ngăn triều giữ Cống có nhiệm vụ tiêu nớc cho 30.000 II CấP CôNG TRìNH V CáC CHỉ TIêU THIếT Kế: Tra bảng P1-2 ta có diện tích tiêu 30.000 nên công trình thuộc cấp III Các tiêu thiết kế: Với công trình cấp III ta xác định đợc: Từ P1-3 ta xác định đợc tần suất thiết kế lu lợng P=1% Hệ số vợt tải (P1-4) n = 1,20 Hệ số ®iỊu kiƯn lµm viƯc (P1-5) : m =1 HƯ sè tin cËy (P1-6) : Kn=1,15 2 TÝnh to¸n thđy lùc cống Mục đích: Xác định diện tính toán tiêu cống I TíNH TOáN KêNH Hạ LU: Ta có số liệu kênh: Độ dốc mái m = 1,5 Độ dốc đáy kênh i = 10-4 Độ nhám n = 0,025 Lu lợng tính toán Q = Qtiêumax = 60 m3/s ZĐáykênh = -1,00m hh = ZsôngTKế - Zđáy kênh = 3,36-(-1,0) = 4,36m Ta tìm đợc chiều rộng đáy kênh theo phơng pháp mặt cắt lợi vỊ thủ lùc: TÝnh: F(R ln) 4m0 i 8,424 10 0,0014 Q 60 Tra theo phô lục (8-1) bảng tra thuỷ lực ta đợc : Rln = 2,9357 h/Rln = 4,36/2,9357 = 1,4852 Tra theo phụ lục (8-3) bảng tra thuỷ lực ta đợc : b/Rln = 3,587 b = (b/Rln).Rln = 10,532m Chọn b = 10,60m để dễ thi công + Kiểm tra điều kiện không xói: Vmax < [Vkx] Vkx = k.Q0,1 Víi Q = 60 m3/s SVTH: NGUYEN THANH NAM4 k = 0,53 Vkx = 0,53.60 = 0,798(m/s) Vmax = Qmax/ mµ: Qmax = Q.k = 60.0,95 = 57,00 (m3/s) Chän k = 0,95 = (mh+b)h = (1,5.4,36 +10,6).4,36 = 74,73m Vmax = 0,763 (m/s) VËy: Vmax4m nên ta chia thành cấp, bờ kênh có rộng 2m ( nh hình vẽ): 0,1 +3,96 m = 1,5 0,6 2,0 +3,36 2,0 4,36 1,20 2,36 -1,0 m = 1,5 10,6 II TÝnh to¸n diện cống: Trờng hợp tính toán: Chọn chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ, cần tháo lu lợng QTK Chọn loại cao trình ngỡng cèng: a) Cao tr×nh ngìng cèng: Chän cao tr×nh ngìng cao trình đáy kênh tiêu b) Hình thức ngỡng: Là đập tràn đỉnh rộng Xác định bề rộng cống: a) Định trạng thái chảy: Theo QPTL C8-76, đập ch¶y ngËp hn>nHo hn = hh - P1 ; (P1= ) hn = hh = 4,36m Ho = H + Vo2/2g ; + TÝnh V0: V0 = Q/0 0 = (10,6+1,5.2,36).2,36 + [(2.2+2.1,5.2,36+10,6+2.1,5.0,6+ 2.2 +2.1,5.2,36 + 10,6).0,6]/2 = 74,13 m2 V0 = 60/74,13 = 0,778 m/s H0 = 4,54+1.0,7782/2.9,81 = 4,571 4,6m + TÝnh n.H0: n: hƯ sè, 0,76 hh = 1,2 (m) Sau cống có nớc nhảy phóng xa, cần phải tính toán tiêu 3.Tính toán kích thớc thiết bị tiêu năng: a) Chọn biện pháp tiêu năng: Với cống xây đất ta chọn biện pháp tiêu bể SVTH: NGUYEN THANH NAM7 b) Tính toán kích thớc bể: Chiều sâu bể đợc xác định theo công thức: d = h''c - (hh+ z2) Trong đó: : hƯ sè ngËp, lÊy = 1,05 h''c: ®é sâu liên hiệp sau nớc nhảy Eo= Ho + d = 4,6 + d Giả thiết chiều sâu bể dgt Q 60 q 8,571m3 / m.s b q F(c ) .E 3o / Cã F(c ), tra phơ lơc (15-1) - b¶ng tra thủ lực đợc c'' , hc''= c ''.E0 Với Z2 chênh lệch mực nớc cuối bể vào kênh, tính nh đập tràn đỉnh rộng chảy ngập q2 q2 Z2 2 2g. n hn 2g .h'c' n Trong ®ã: q = 8,571 (m3/s.m) n= 0,95 n= 1,05 hc'' hh= Zminsông - Zđáy kênh = 0,2 - (-1,0) = 1,2 (m) Kết tính toán đợc ghi bảng sau: d(gt) 0,7 -0,6 E'0 F(c) ''c h''c Z2 hh+Z2 .h''c d(tt) 0,739 0,650 3,449 5,3 2,5957 3,7957 3,6220 -0,174 0,914 0,697 3,208 4,6 5 2,5511 3,7511 3,3688 -0,382 1,127 0,735 2,942 2,4888 3,6888 3,0895 -0,599 Từ kết tính toán ta thấy dtt < với trờng hợp dgt không cần làm bể tiêu năng, nhiên để đảm bảo ta chọn chiều sâu bể tiêu theo cấu tạo, d = 0,6 m ChiỊu dµi bĨ: Lb = L1+ Ln L1: Chiều dài nớc rơi: L1 hk P 0,35hk hk 2/3.Ho = 2/3.4,6 = 3,067 (m) SVTH: NGUYEN THANH NAM8 P : chiỊu cao ngìng cèng so víi bĨ P = 0,6 m L1 3,067 0,6 0,35.3,067 4,531(m) Ln : chiỊu dµi nớc nhảy , tính theo công thức kinh nghiệm Ln = 4,5(hc''- hc) = 4,531(2,942 - 0,6) =10,612 (m) = 0,8 Lb = 4,531+0,8.10,612 = 13,021(m) chän L b= 13 (m) 3 Bè trÝ c¸c bé phËn cèng I - thân cống: Bao gồm đáy, trụ phận bố trí Cửa van: Ta cã bc = 3,5 (m) bỊ réng cèng kh«ng lớn nên bố trí cửa van phẳng Loại đợc sử dụng phổ biến cấu tạo đơn giãn, lắp ráp dễ, điều tiết lu lợng tốt Chọn chiều réng c¸nh cèng b = 4m ( b = 3,5+2.0,25 = 4m), chiÒu cao h = 4,54 + 0,96 = 5,5m Tờng ngực: a) Các giới hạn tờng ngực: bố trí để giảm chiều cao van lực đóng mở Cao trình đáy tờng ngực Zđt = Ztt + Trong Ztt mực nớc tính toán qua diện cống, tức cần đảm bảo ứng với trờng hợp này, mở hết cửa van chế độ chảy cống phải không áp, ứng với H0 = 4,6m Ztt = +3,6 (m) : ®é lu không, lấy = 0,6 (m) Zđt= 3,6 + 0,6 = 4,2 Cao trình đỉnh tờng ngực đợc xác ®Þng Z1 = MNDBT + h + hsl + a Z2 = MNDGC + h' + h'sl + a' Trong ®ã: h , h' : ®é dỊnh cđa sãng giã ta cã thÓ bá qua hsl , h'sl : ®é dỊnh cao nhÊt cđa sãng øng víi møc ®¶m bảo 1% ứng với gió tính toán bình quân lớn nhất, đồ án lấy hsl = h'sl = 0,4m a, a': độ cao an toàn với công trình cấp III a = 0,7(m) a' = 0,5(m) Z1 = 3,36 + 0,4 + 0,7 = 4,46m Z2 = 6,4 + 0,4 + 0,5 = 7,3 m Z®Ønh têng = 7,3m SVTH: NGUYEN THANH NAM9 b) KÕt cÊu têng: Víi chiỊu réng khung cèng b = 3,5m, chiÒu cao têng L = 7,3 5,2 = 2,1m, ta cã: b/L < tÝnh theo b¶n KÝch thớc sơ xác định: = 0,2m - Dầm trên: 0,40,59,6 (m3) - Dầm dới: 0,40,69,6 (m3) Cầu công tác: Cầu công tác nơi mặt đáy đóng mở thao tác van Chiều cao cầu công tác cần tính toán đảm bảo kéo hết cữa van lên không khoảng không cần thiết để đa van khỏi vị trí cống cần Kết cấu bao gồm mặt, dầm đỡ cột chống Kích thớc phận nh sau: Cao trình đỉnh cầu: Zđc = Zđt + h + l + = 7,3+7+1,5+0,5 = 16,3m BỊ réng cÇu 3m KÝch thíc cét chèng (3030)cm ChiÒu cao lan can 0,8m Khe phai cầu thả phai: Đợc bố trí đầu cuối cống để ngăn nớc giữ cho khoảng không khô sửa chữa cống, cầu thả phai ta bố trí đờng ray cho cầu thả phai Cầu giao thông: Cao trình mặt cầu bố trí cao đỉnh cống khoảng 0,5m Bề rộng mặt cầu yêu cầu giao thông có xe qua lại từ 10 tÊn, ta chän b = 5m VÞ trÝ đặt cầu chọn cho không cản trở thao tác van, phai Mố cống: Bao gồm mố mố bên - Do bố trí cửa van phẳng nên mố có khe van khe phai - Chiều dày mố d = 1m Chiều cao đỉnh mố: Z đm = Zđt = 7,3 - Mố phải bố trí đầu mố tròn để đảm bảo điều kiện thuận dòng - Chiều dày mố bên cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang, chọn db=0,8m Đầu mố dạng nửa tròn để thuận dòng Khe lún: Do bề rộng cống không lớn nên không cần bố trí khe lún Bản đáy: Chiều dài đáy thờng thoả mãn điều kiện thuỷ lực, ổn định cống yêu cầu bố trí kết cấu bên Sơ chọn chiều dài đáy từ điều kiện bè trÝ kÕt cÊu bªn trªn L = 18m ChiỊu dài đáy chọn theo điều kiện thuỷ lực, phụ thuộc bề rộng cống, tải trọng bên tính chất đất Thông thờng SVTH: NGUYEN THANH NAM10 - Sân tiêu năng: bê tông M200 đổ chỗ, có bố trí lỗ thoát nớc Chiều dày sân đợc xác định nh sau: t 0,15V1 h1 V1,h1: lu tốc chiều sâu đoạn nớc nhảy h1= .hc = 1,05.1,086 = 1,14 m V1= Q1/1 = 60/(bk.h1) = 60/(7.1,14) = 7,52 (m/s) t 0,15.7,52 1,14 1,2m Chọn t = 1m - Sân sau: Làm bê tông M200 đổ chỗ, có lỗ thoát nớc, phía dới có tầng đệm hình thức lọc ngợc Chiều dài sân sau xác định theo công thức kinh nghiệm: L ss k q H Trong đó: H: chênh lệch cột nớc thợng hạ lu, H = 3,54 - 3,36 = 0,18 m k: hƯ sè phơ thc tÝnh chất lòng kênh Do đất lòng kênh loại đất cát pha nên k = 10 20, lấy k = 10 q: lu lợng đơn vị cuối sân tiêu q = Q/b = 60/7 = 8,571 (m3/s.m) Lss 10 8,571 0,18 19,069 m Chän Lss= 19 m Tính toán thấm dới đáy công trình I NHữNG VấN đề CHUNG: Mục đích: Xác định lu lợng thấm q, lực thấm đẩy ngợc lên đáy cống Wt Gradien thấm J đặc tính cống yêu cầu xác định Wt J Trờng hợp tính toán: Khi chênh lệch mực nớc thợng - hạ lu lớn Phơng pháp tính: VÏ líi thÊm b»ng tay II TÝnh thÊm cho trêng hợp chọn: Vẽ lới thấm: - Tất đờng dòng đờng đẳng phải trực giao - Các ô lới hình vuông cong - Đờng mặt thấm phía thợng lu - Đờng cuối mặt thấm phía hạ lu - Đờng dòng cuối tầng không thấm nớc -40 SVTH: NGUYEN THANH NAM13 Sơ đồ lới thấm dới công trình: Dùng lới thấm xác định đặc trng dòng thấm: Từ chiều dày địa chất cho chiều dài công trình, ta vÏ líi thÊm cã: - Cã èng dßng - Cã 22 d¶i + Cét níc tỉn thÊt qua dải: H = H/n với H = Z Sôngmax - Z®ångmin = 6,4 - 0,9 = 5,5m H =5,5/22=0,25m + Cột nớc thấm điểm x cách đờng cuối i dải, có cột nớc thấm hx = i H Ta xác định đợc: hA = 18.0,25 = 4,5 m hB = 0,25 = 2,25 m Dùa vµo hA vµ hB ta vẽ đợc biểu đồ áp lực thấm dới đáy công trình Biểu đồ áp lực thấm dới đáy công trình SVTH: NGUYEN THANH NAM14 Từ tính đợc tổng áp lực thấm đẩy ngợc lên đáy: Wt = W®n+ Wtt Wdn n hA hB L bd 1 4,5 2,2518 60,75(T/m) 2 Wtt = ®n (H2+t)Lb® = 1(1,9 + 1)18 = 52,2 (T/m) Wt = W®n+ Wtt = 60,75 + 52,2 = 113,0 (T/m) + Xác định lu lợng thấm: Gọi m số ống dòng lới thấm, lu lợng đơn vị là: q = K.(m/n).H = 2.10-6.(7/22).5,5 = 3,5.10-6 m3/m.s K hệ số thấm đất cát pha, lấy K = 2.10-6 m/s Xác định Gradien thấm ë cưa ra: H n.S Dùa vµo líi thÊm ta tính đợc Jtb1, Jtb2, Jtb3, , kết tính toán ghi bảng sau : Gradien thấm ô lới có trung đoạn S là: J tb Thø tù tÝnh to¸n S 1,357 1,6 1,9 2,3 Jtbi 0,1842 0,1563 0,1316 0,1087 Jtb = 0,1469 Tõ kÕt qu¶ tÝnh toán bảng, ta thấy: J tb = 0,1469 < JKtb = 0,22 đảm bảo độ bền thấm Dựa vào kết ta vẽ đợc biểu đồ Gradien thấm cửa nh hình vẽ III Kiểm tra ®é bỊn thÊm cđa nỊn: KiĨm tra ®é bỊn thÊm chung: KiĨm tra theo c«ng thøc: J tb J Ktb Kn Trong ®ã: Jtb: Gradien cét níc trung bình vùng thấm tính toán Kn: Hệ số tin cËy, Kn = 1,15 JKtb: Gradien cét níc tíi hạn trung bình tính toán lấy theo bảng TCVN 4253-89, JKtb= 0,22 Trị số Jtb đợc xác định theo c«ng thøc: SVTH: NGUYEN THANH NAM15 J tb H Ttt Trong đó: H - Cột nớc tác dụng, H = 5,5m Ttt: Chiều sâu tính toán - Tổng hệ số cản đờng viền thấm tính theo phơng pháp Trugaev: = v + r + d + n + v, r: HÖ số sức kháng phận vào ra, ta coi phận vào nh không cã cõ v = r = 0,44+b = 0,44+a/T0 = 0,44+1,0/19 = 0,493 + d = b + c, cừ nên: d = b= a1/T1 = 1/19 = 0,053 + n: HƯ sè søc kh¸ng cđa phận nằm ngang, cừ nên: n = L/T = 18/19 = 0,947 = 0,493+0,493+0,053+0,947 = 1,985 Jtb = 5,5/(19.1,985) = 0,146 VËy: Jtb = 0,146 < JKtb/Kn = 0,22/1,15 = 0,193 Tho¶ m·n ®é thÊm chung KiĨm tra thÊm cơc bé: Ta có công thức: JK Jra Trong đó: Jra: tri số gradien cục cửa ra, xác định theo kết JK: gradien thấm cục Theo tiêu chuẩn nêu, JK cần xác định theo thí nghiệm mô hình trờng cha có tài liệu nh nên tham khảo trị số Ixtomina: Theo trị số J K phụ thuộc trị số không hạt s= d60/d10 theo ®Ị s= d60/d10= Ta tra phơ lơc P3-1: JK= 0,5 > Jtb= 0,087 VËy kh«ng xẩy tợng trôi đất Tính toán ổn định cống I Mục đích trờng hợp tính toán: Mục đích: Kiểm tra ổn định cống trợt, lật, đẩy Trong phạm vi đồ án giới hạn phần tính toán ổn định trợt SVTH: NGUYEN THANH NAM16 Trờng hợp tính toán: Ta tính cho trờng hợp bất lợi Nhất chênh lệch mực nớc thợng - hạ lu lớn ZSmax = 6,4 m Z®ångmin = 0,9 m Z = 5,5m Vì cống khe lún nên sơ đồ tính toán toàn đáy với tất phận II TíNH TOáN ổn định: Xác định lực tác dụng lên đáy: a) Các lực đứng: Bao gồm: trọng lợng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cữa van, tờng ngực, mố cống, đáy, nớc trớc cống (nếu có), phần đất hai chân khay (trong phạm vi khối trợt) lực đẩy ngợc (thấm, thủy tĩnh) + Träng lỵng mè cèng G1: G1 = V1.b (b= 2,5 T/m3) G1 = [1.8,3.18+2.(0,8.8,3.18]2,5 = 971,1 (T), a = + Träng lỵng têng ngùc G2: G2= (0,4.0,5+0,4.0,6+0,2.2,1).9,6.2,5 = 20,64 (T) Ta cã: Yc = (F1Y1+F2Y2+F3Y3)/(F1+F2+F3) = (2,1.0,2.0,1+0,4.0,5.0,45 + 0,4.0,6.0,5)/(2,1.0,2+0,4.0,5+0,4.0,6) = 0,293 a2 = 9-(4+0,239) = 4,767 m + Trọng lợng cầu công tác G3: G3 = (Vtrơ+VdÇm däc+VdÇm ngang ).b = ( 6.0,4.0,4.9 + 2.0,3.0,6.9,6 + 0,3.0,3.4).2,5 = 35,64 (T), a3 = 5m + Träng lợng cầu giao thông G4: Sơ chọn G4 = 100 T, a4 = 4m + Träng lỵng cưa van G5: S¬ bé chän G5 = 50T, a5 = 5m + Trọng lợng đáy G6 G6 = {1.18.9,6+[2.(1+2)/2]9,6}2,5 = 504(T), a = +Trọng lợng nớc phía sông G7 G7= 7.7,4.14.1 = 725,2T, a7 = 2m + Träng lợng nớc phía đồng G8: G8= 7.1,9.4.1 = 53,2 (T), a8 = 7m + áp lực thủy tĩnh đẩy ngợc G9: G9 = Wtt Bc= 1.3,9.18.7 = 491,4(T), a9 = + ¸p lùc thÊm G10: G10 = Wt Bc= 1.[(2,25+4,5)/2].18.7 = 425,25(T), a 10 = 3m b).¸p lùc ngang: gồm áp lực nớc thợng, hạ lu, áp lực đất chủ động chân khay + áp lực nớc thợng lu: T1= n.H12/2.bc = 1.7,42/2.9,6 = 262,848(T) SVTH: NGUYEN THANH NAM17 Điểm đặt cách đáy: y1 = Hđ/3 +0,5 = 7,4/3 +0,5 = 2,967(m) + áp lực nớc hạ lu: T2 = n.H22/2.bc = 1.1,92/2.9,6 = 17,33(T), y2 = 1,9/3 + 0,5 = 1,133(m) + áp lực đất chủ động chân khay thợng lu Ecđ: Ecđ = đ.H2.c/2 Trong ®ã: ® - Dung träng cña ®Êt, ® = 1,7 T/m3 H - Chiều cao cột đất tác dụng, H = 2m Víi = = c = tg2(45o -/2) = tg2(45o - 18o/2) = tg236o = 0,528 Ecđ = 1,7.22.0,528/2 = 1,795 T/m Toàn chân khay: Ecđ = 1,795.9,6 = 17,23 T, ycđ = 0,833 + áp lực đất bị động chân khay h¹ lu: Ebh = b víi b dH b 2C b Trong ®ã: b - Cờng độ áp lực đất điểm đáy chân khay C - Lực dính đơn vị đất, C = 0,3T/m3 b = tg2(45o +/2) = tg2(45o + 18o/2) = tg254o = 1,89 b = 1,7.2.1,89+2.0,3 1,89 = 7,25 T/m Ebh = 7,25.9,6 = 69,6T, yb® = 0,833 + Tính P: Từ kết tính toán lực tác dụng lên đáy phận cống, ta cã: P = G1+G2+ +G10 = 971,1+20,64+35,64+100+50+504+725,2+53,2 +491,4+425,25+262,848 = 3639,28 (T) + Tính: M0 - Tổng mô men lực đứng tác dụng lên đáy lấy với tâm đáy M0 = G1a1+G2a2+ +G10a10 - T1y1 + T2y2 + Ec®yc® - Eb®yb® = 971,1.0 + 20,64.4,767 + 35,64.5 + 100.4 + 50.5 + 504.0 + 53,2.7 + 491,4.0 + 425,25.3 -262,848.2,967 + 17,33.1,133 +17,23.0,833 69,6.0,833 = 1770,88 T/m Xác định áp lực đáy móng theo sơ đồ nén lệch tâm: Theo sơ đồ nén lệch tâm: = (P/F) (Mo/W) Trong đó: F: Diện tích đáy cống, F = (14+2+1,414.2)9,6 = 180,75m W: môđun chống uốn đáy cống, W = B.L 2/6 = (9,8.182)/6 = 518,4m3 P: tổng lực thẳng đứng SVTH: NGUYEN THANH NAM18 Mo: tổng mô men lực tác dụng lên cống, lấy tâm đáy cống Thay số liệu vào công thức ta đợc: max = 3639,28/180,75 + 1770,88/518,4 = 23,55 T/m max = 3639,28/180,75 - 1770,88/518,4 = 16,72 T/m tb = (23,55+16,72)/2 = 20,135 T/m2 Phán đoán khả trợt: Xét theo điều kiện: a Chỉ số mô hình hoá: N = max/B.1 Nlim Trong ®ã: B - ChiỊu rộng đáy, B = 18m, phơng song song với lực đẩy trợt - Dung trọng đất = ®n - (1-n).1 = 1,52 - (1-0,36).1 = 0,88 Nlim- Chỉ số không thứ nguyên, Nlim = N = 23,55/18.0,88 = 1,486 < Nlim = b Chỉ số kháng trợt: tg = tg1 + C1/tb 0,45 Trong đó: 1, C1 - Góc ma sát lực dính đơn vị đất số tơng ứng tính toán đất theo trạng thái giới hạn thứ nhất: = 18o, C1 = 0,3 T/m2 tg1 = tg18o+0,3/20,135 = 0,34 < 0,45 Không thoả mãn điều kiện số kháng trợt, nh vậy, trợt phẳng ta phải xét đến trợt sâu trợt hỗn hợp Tuy nhiên phạm vi đồ án môn học tính toán cho trờng hợp trợt phẳng Tính toán trợt phẳng: Sự ổn định cống đợc đảm bảo trợt khi: ncNtt m R Kn Trong ®ã: nc- HƯ số tổ hợp tải trọng, với công trình cấp III, tỉ hỵp lùc chđ u n=1,2 Kn - HƯ sè tin cậy, Kn = 1,15 Ntt R giá trị tính toán lực tổng quát gây trợt chống trợt giới hạn Vì mặt trợt nằm ngang nên giá trị xác định nh sau: Ntt = Ttl + Ec®l - Thl R = Ptg1 +m1Ebh+FC1 Với công thức tính Ntt, Ttl Thl tổng giá trị tính toán thành phần nằm ngang lực chủ động tác dụng thợng lu hạ lu trừ áp lực chủ động đất Ntt = T1+Ec®+T2 = 262,848+1,795+17,33 = 281,973 T SVTH: NGUYEN THANH NAM19 Với công thức tính R, m1 hệ số điều kiện làm việc xét đến quan hệ áp lực bị động đất với chuyển vị ngang cèng, lÊy m1 = 0,7 R = 3639,28.tg18o+0,7.69,6+180,75.0,3 = 1285,42T Thay kết vào điều kiện (*), ta đợc: ncNtt = 1,2.281,973 = 338,367 < (m/Kn).R = (1/1,15).1285,42 1117,76 (T) Vậy công trình ổn định trợt phẳng SVTH: NGUYEN THANH NAM20 Tính kết cấu đáy cống I Mở đầu Mục đích: Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực bố trí cốt thép đáy cống Trong phạm vi đồ án này, ta xác định sơ đồ ngoại lực để tính kết cấu đáy theo phơng pháp dầm đàn hồi Trờng hợp tính toán: Tính toán với trờng hợp bất lợi chênh lệch mực nớc thợng, hạ lu lớn nhất, Z = 5,5m Chọn băng tính toán: Tính cho băng sau cửa van, hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy, có chiều rộng b = 1m ii tính toán ngoại lực: Trên băng mảng, ngoại lực tác dụng lên đáy gồm lực tập trung từ mố, lực phân bố băng tải trọng bên Lực tập trung truyền từ mố: Đây tổng hợp áp lực đáy mố phạm vi băng xét, thờng xét riêng cho mố Sơ đồ tính toán cho mét mè nh sau: G4 G5 G6 G3 G1 T1 G2 T2 B max Pk max SVTH: NGUYEN THANH NAM21 Mố bên Mố Pk Từ sơ đồ cần xác định: - G1, G2 - Trọng lợng phần mố - G3 - Trọng lợng tờng ngực - G4 - Trọng lợng cầu công tác - G5 - Trọng lợng cầu giao thông - G6 - Trọng lợng ngời xe cầu - T1, T2 - áp lực nớc ngang từ thợng lu truyền qua khe van ứng suất thẳng đứng đáy mố xác định theo công thức nén lệch tâm: max mmin G M0 Fm Wm Trong ®ã: G: tổng lực thẳng đứng Mo: tổng mô men ngoại lực lấy với tâm đáy mố Fm: diện tích đáy mố Wm: mô men chống uốn đáy mố Ta tổng hợp đợc bảng sau: Loại mố Mố bên Tên tải trọng G1 G2 G3 G4 G5 G6 T1 T2 TrÞ sè 74,7 5,16 8,91 25 2,5 8,3 13,3 12,5 128,7 Tay đòn (m) Mo(+) Loại mố Trị số Mố 186,7 10,32 17,82 50 362,6 26,6 25 294,8 4,707 -24,29 -44,55 100 10 362,6 -93,1 -62,5 248,1 Tay đòn Mô men 0 4,707 4 -48,57 -89,1 200 20 724,2 -186,2 -125 495,52 TÝnh cho mè bªn: Fm = 0,8.18 = 14,4 (m2) d.L2m 0,8.182 Wm 43,2 (m3) 6 G Mo 128,77 248,16 max 14,68 (T/m2) Fm Wm 14,4 43,2 Mo G 128,77 248,16 3,2 (T/m2) Fm Wm 14,4 43,2 TÝnh cho mè gi÷a: Fm = 1.18 = 18 (m2) SVTH: NGUYEN THANH NAM22 max Wm = 54 (m3) Mo G 294,89 495,5 25,56T/m2 Fm Wm 18 54 G Mo 294,89 495,5 7,206T/m2 Fm Wm 18 54 Từ biểu đồ ta tách giải để tính toán, cụ thể ta tính cho giải cách hạ lu đoạn x = 9m + Tính P'1 lực mố bên truyền cho ®¸y, P'1 = PK1.b.d, víi b = 1m, d = 0,8 min PK1 min max min (14,68 3,2).9 x 3,2 8,94T L 18 P'1 = 8,94.1.0,8 = 7,15 T + TÝnh P'2 lực mố truyền cho đáy: P' = PK2.b.d, víi b = 1m, d = 1m PK max (25,56 7,2).9 x 7,2 16,38 T L 18 P'2 = 16,38.1.1 = 16,38 T Các lực phân bố băng: -Trọng lợng nớc cèng qo = .b.hn = 1.1.1,9 = 1,9 T/m (hn: chiều sâu lớp nớc tính toán) - Trọng lợng đáy q1: q1 = b.t.b = 2,5.1.1 = 2,5 T/m - Lùc ®Èy nỉi: ( lùc thÊm lực thuỷ tĩnh) q2 = nhđnb = 1.5,275.1 = 5,275 T/m Trong ®ã: h®n = h2 + t +HB +(HA-HB).x/L = 1,9+1+2,25+(4,5-2,25).9/18 = 5,275 m - Ph¶n lùc nỊn: q3 q3 = Pp.b = 18,73.1 = 18,73 T/m Trong ®ã: Pp = min+(max-min).x/L = 12,368+(25,09-12,368).9/18 = 18,73 T/m 3.Lực cắt không cân (Q): a) Trị số: Q + PK + 2l.qi = Trong ®ã: 2l: chiỊu dài băng tính toán, 2l = 9,6 m P'K = 2P'1 + P'2 = 2.7,154+16,383 = 30,69T qi = qo + q1 - q2 - q3 = 1,9+2,5-5,275-18,75 = -19,605 T/m Q = -P'K - 2l qi = -30,69 + 9,6.19,605 = 157,517 T i 0 SVTH: NGUYEN THANH NAM23 Q = -157,2 + 12,78.15,81 = 73,85 (T) b) Phân phối lực cắt cho mố ®¸y: 5,582 40,506 30,89 Yc = 3,718 9,6m + TÝnh Yc: Yc 2Fbª nYcbª n FgYcg FdYcd 2Fbª n Fg Fd 2.0,8.8,3.5,15 1.8,3.5,15 1.9,6.0,5 3,718m 2.0,8.8,3 1.8,3 1.9,6 + Vẽ biểu đồ mô men tĩnh Sc băng tính toán: - Vẽ từ trục trung hoà trở lên: Sc = Fc.Yc = 2.5,582.0,8.5,582/2+5,582.1.5,582/2 = 40,506 - Vẽ từ đáy mè trë xuèng: Sc = Fc.Yc = 1.9,6.(3,718-0,5) = 30,89 + Xác định biểu đồ Sc: - Phần A1: SA1 = 5,582.40,506/2+(40,506+30,89).2,718/2 = 210,08 m2 - PhÇn A2: SA2 = 30,89.1/2 = 15,45m2 Tỉng diƯn tÝch: Sc = SA1 + SA2 = 225,53m2 + Ph©n phèi Q cho mè (Qm) đáy (Qđ): A1 210,08 Q m Q 157,517 146,73T A1 A 210,08 15,45 Q® = Q - Qm = 157,517-146,73 = 10,79 T + Phân phối Qm cho mố theo Q P ' 'K Fmk m Fm - Fmố bên = 0,8m2 - Fmố = m Fmè = 2.0,8+1 = 2,6m2 + Mè bªn P''1 vµ P''3: Víi P''1 = P''3 = 0,8.146,73/2,6 = 45,15T + Mè gi÷a P''2 = 1.146,73/2,6 = 56,43T SVTH: NGUYEN THANH NAM24 tû lƯ diƯn tÝch: T/m + Ph©n Qđ cho đáy: q4 = Qđ/2l = 10,79/9,6 = 1,124 c).Tải trọng bên (mảng giáp với bờ đất): Mô men áp lực đất nằm ngang gây ra: Mđ = E.Yđ Trong đó: E - áp lực đất nằm ngang Yđ - khoảng cách từ điểm đặt E đến đáy băng đợc xác định theo công thức sau: E dH2 c 2.C 2CH c d Víi c = tg2(45-/2) = tg2(45o-16/2) = 0,56 Y® = H®/3 = 9,3/3 = 3,1 M® =(1,65.9,32.0,56/2 - 2.1.9,3 0,56 +2.12/1,65)3,1 = 84,48Tm + Tải trọng xe cộ đờng q5 = 10/10 = 1T/m d) Sơ đồ ngoại lực cuối cùng: + Các lựctập trung mố - Mố giữa: P2 = P'2 + P''2 = 16,383+56,43 = 72,813 (T) - Mè bªn: P1 = P3 = P'1 + P''1 = P'3+P''3 = 7,154+45,15 = 52,304 (T) - Lực phân bố băng q = q0 + q1 + q2 +q3 + q4 = 1,9+2,5-5,275-18,73 +1,124 = 18,481 (T/m) - Lùc bên từ phía giáp đất ( S, Mđ, q5): S = 0; M® = 84,48; q5 = SVTH: NGUYEN THANH NAM25 KÕT LN VΜ KIÕN NGHÞ Sau trình học tập môn Thuỷ công - Phần 2, em giao Đồ án môn học Thiết kế sơ Cống lộ thiên Đề số 18 (B-3) Mặc dù cố gắng tìm tòi, học hỏi thời gian có hạn, kiến thức nhiều hạn chế, bước đầu làm quen với công tác tính toán thiết kế nên chắn đồ án không tránh khỏi sai sót Kính mong quan tâm, bảo thầy giáo môn bạn lớp giúp em bổ sung kiến thức kinh nghiệm nhằm phục vụ cho việc làm đồ án tốt nghiệp công tác thực tế sau tốt Nhân đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tận tình dẫn thầy giáo môn bạn lớp giúp em hoàn thành đồ án môn học Em xin chân thành cảm ơn ! Phan Rang, ngày 28 tháng năm 2007 Sinh viên thực Trường ĐHTL SVTH: NGUYEN THANH NAM26 Vũ Đình Tuấn Lớp TH13 - Trung tâm ĐH2 - SVTH: NGUYEN THANH NAM27 ... ChiỊu cao lan can 0,8m Khe phai cầu thả phai: Đợc bố trí đầu cuối cống để ngăn nớc giữ cho khoảng không khô s a ch a cống, cầu thả phai ta bố trí đờng ray cho cầu thả phai Cầu giao thông: Cao trình... NGUYEN THANH NAM18 Mo: tổng mô men lực tác dụng lên cống, lấy tâm đáy cống Thay số liệu vào công thức ta đợc: max = 3639,28 /180 ,75 + 1770,88/ 518, 4 = 23,55 T/m max = 3639,28 /180 ,75 - 1770,88/ 518, 4... van Chiều cao cầu công tác cần tính toán đảm bảo kéo hết c a van lên không khoảng không cần thiết để a van khỏi vị trí cống cần Kết cấu bao gồm mặt, dầm đỡ cột chống Kích thớc phận nh sau: Cao