THIẾT KẾ CÔNG LỘ THIÊN

Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên ĐỒ ÁN SỐ THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN PHẦN I : TÀI LIỆU CHO TRƯỚC Nhiệm vụ công trình : - Cống C xây dựng ven sông Z để làm nhiệm vụ dâng nước tưới cho 35.000ha ruộng, tiêu nước cho khu vực ngăn lũ từ sông vào Cống xây dựng tuyến đường giao thông có xe – 10 qua Các mực nước lưu lượng tiêu cống C : - Số liệu thể qua bảng sau : Bảng C – lưu lượng mực nước cống C Trường hợp Chỉ tiêu Đề số 79 a - Tiêu Qmax tiêu (m3/s) 92 Zđồng tk Zsông Ngăn lũ max Zđồng Zsông max Zsông Zđồng (m) (m) (m) (m) (m) (m) 5,10 4,92 6,85 3,55 6,32 2,15 Các tài liệu kênh tiêu : Cao trình đáy kênh : Zđáy kênh = +1.0 m Độ dốc đáy : i = 10-4 ÷ 10-5 Độ dốc mái : m = 1,5 Độ nhám : n = 0,025 Tài liệu gió chiều dài truyền sống : Tài liệu gió : Được thể bảng sau : Tần suất P% V (m/s) 28.0 26.0 22.0 20 18.0 30 16.0 50 14.0 b Tài liệu chiều dài truyền sống : Trường hợp D (m) Z sông bình thường 200 Z sông max 300 Tài liệu đòa chất : - Đất thòt từ độ cao : +2.5 ÷ 1.0 - Đất cát pha : +1.0 ÷ -15.0 Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Đất sét : -15.0 ÷ -35.0 - Ta có bảng tiêu lý loại đất sau : Loại đất Chỉ tiêu γ k (T/m3) γ tn (T/m3) Độ rỗng n ϕtn (độ) ϕbh (độ) Ctn (T/m2) Cbh (T/m2) Kt (m/s) Hệ số rỗng e Hệ số nén a (m2N) Hệ số không η Thòt Cát pha seùt 1,47 1,70 0,40 190 160 1,50 1,00 4.10-7 0,67 1,52 1,75 0,38 230 180 0,50 0,30 2.10-6 0,61 1,41 1,69 0,45 120 100 3,50 2,50 1.10-8 0,82 2,2 2,0 2,3 Thời gian thi công : năm Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên PHẦN II : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ A CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ : I Vò trí , nhiệm vụ công trình : - Cống C xây dựng ven sông Z để làm nhiệm vụ dâng nước tưới cho 35.000ha ruộng, tiêu nước cho khu vực ngăn lũ từ sông vào Cống xây dựng tuyến đường giao thông có xe – 10 qua II Cấp công trình tiêu thiết kế : Cấp công trình : ( Xác đònh theo TCVN 5060 –90 ) Dựa vào điều kiện ) a Dựa vào chiều cao công trình : - Chiều cao công trình xác đònh sau : max H = ∇ đỉnh cống - ∇ đáy kênh = d + Zđồng - ZKñ = + 6,85 –1 = 6,85m Trong : d – độ vượt cao an toàn, ta chọn d = m - Tra bảng phụ lục 1-1 ta công trình cấp IV b Dựa vào nhiệm vụ công trình : - Dựa vào nhiệm vụ công trình dâng tưới cho 35.000ha ruộng ta tra bảng phụ lục 1-2 ta công trình có cấp III - Vậy từ điều kiện ta chọn công trình có cấp III Các tiêu thiết kế : Dựa vào cấp công trình tra bảng : - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn để tính ổn đònh, kết cấu Tra bảng P1-3 GTTC ta : P = 1% - Tra bảng P2-1 – ta có mức đảm bảo vận tốc gió lớn : P = 5% ⇒ V = 22 (m/s) - Tần suất mực nước lớn sông khai thác : - Hệ số vượt tải tra phụ lục P1-4 : n = 1,10 - Hệ số điều kiện làm việc ct tra phụ lục P1-5: m = 1,00 - Hệ số tinh cậy tra phụ lục P1-6 : Kn = 1,15 B TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG : I Tính toán kênh hạ lưu : - Theo đề ta có : Q = 92 (m 3/s) ; n = 0,025 ; m = 1,5 ; choïn : i = 10-4 - Cao trình đáy kênh : Zđáy kênh = +1.0m ; Zđồng= 5,10m - Chiều cao mực nước : h = Zđồng− Zđáykênh = 5,10 – = 4,10 m - Bài toán coi biết Q, i, m, n, h tìm B theo mặt cắt lợi thủy lực : Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên ∗ Tính f(Rln) : - Với m = 1,5 tra phụ luc 8-1 bảng tra thủy lực ⇒ 4m0 = 8,424 - Ta coù : 4m0 i 8,424 10−4 = 0,000916 = Q 92 - Tra phụ lục 8-1 ứng với n = 0,025 ta : ⇒ Rln = 3,45 m h ∗ Lập tỉ số : R ln f(Rln) = - Ta coù : h 4,10 = = 1,19 R ln 3,42 - Tra phụ lục 8-3 , ứng với m = 1,5 ta : b = 5,82 R ln ∗ Tính bk : - Từ tỉ số ta tính sau :  b   Rln = 5,82.3,42 = 19,904 m bk =   R  ln  - Vậy ta chọn lại chiều rộng kênh : bk = 20 m ∗ Kiểm tra lại diện kênh hạ lưu : bk 20 = = 4,87 ∈ β = [2 ÷ 5] - Ta có : h 4,10 - Vậy bề rộng kênh chọn hợp lý II Tính toán diện cống : Mục đích : Xác đònh diện cống và tính toán tiêu Trường hợp tính toán : - Ta chọn trường hợp chênh lệch mực nước thượng lưu nhỏ, cần tháo lưu lượng Q = 92 (m3/s) - Chênh lệch mực nước : tk ∆Zmin = ∇ Zđồng - ∇ Zsông = 5,10 – 4,92 = 0,18m Chọn loại cao trình ngưỡng cống : a Cao trình ngưỡng cống : - Với trường hợp thiết kế cống tiêu chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ ta chọn cao trình ngưỡng cống với cao trình đáy kênh - Ta có cao trình ngưỡng cống : ∇ ngưỡng cống = ∇ đáy kênh = +1,0m b Hình thức ngưỡng : - Khi ngưỡng thấp nên ta chọn đập tràn đỉnh rộng với cao trình ngưỡng cao trình đáy kênh Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên Xác đònh bề rộng cống : (Tính với trường hợp đập tràn đỉnh rộng) - Ta có sơ đồ tính toán hình vẻ Zph H h hh =hn a Đònh trạng thái chảy : - Theo QPTL C8-76 đập chảy ngập tỉ số : hn ≥ 0,75 ÷ 0,85 H0 (*) - Do chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ nên thường xảy chảy ngập Độ cao phục hồi Z ph thường nhỏ nên bỏ qua tk - Khi ta lấy : h = hn = hh = Zsông - Zđk = 4,92 – = 3,92 m - Với H0 xác đònh sau : α.V02 1.0,862 H0 = H + = 4,10 + = 4,14 m 2.g 2.9,81 Trong ta có : + Với α - hệ số cột nước lưu tốc ta chọn : α = + V0 – lưu tốc đến gần, tính toán theo công thức sau đây: Q Q 92 V0 = = = = 0,86 (m/s) Ω tk H.( bk + m.H ) 4,10.( 20+ 1,5.4,10) + Với : H = Zñmin − Zñk = 5,10 – = 4,10 m - Thay tất vào (*) ta :  hn  hn 3,92  = 0,75 ÷ 0,85 = =0,95 >  H 4,14  H  pg - Vậy trường hợp chảy qua cống tính qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập b Tính toán bề rộng cống ∑b : ∗ p dụng theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập ta coù : Q = ϕnϕg.Bc.h 2g.( H − h) Trong ta có : Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên + ϕg – hệ số co hẹp bên xác đònh theo công thức sau : ϕg = 0,5.ε0 + 0,5 = 0,5.0,96 + 0,5 = 0,98 + Với ε0 ta chọn sau : ε0 =0,96 + ϕn – hệ số lưu tốc chảy ngập, tra theo bảng thủy lực theo hệ số lưu lượng m (theo bảng tra cumin) : ϕn = 0,98 + Lưu lượng Q = 92(m3/s) ; g = 9,81(m/s2) + Chieàu cao h = 3,92m ; H0 = 4,14m - Thay taát giá trò vào ta : Q 92 Bc = = ϕ n.ϕ g.h 2g( H − h) 0,98.0,98.3,92 2.9,81.( 4,14− 3,92) = 11,64 m - Để đảm bảo lưu lượng tháo qua cống ta chọn : Bc = 12m - Vậy ta chia làm n = khoang, khoang rộng b = 6m ∗ Kiểm tra lại BC lưu lượng tháo qua cống : - Tính lại hệ số co hẹp : ∑ b = 12= 0,86 ε0 = ∑ b + ∑ d 14 Trong : + ∑ b - tổng bề rộng cống : ∑ b = 12m + ∑ d - chiều dày mố : ∑ d = ξmt + ξmb = m + ta chọn ξmt = 1m; ξmb = 0,5m - Tính lại ϕg : ϕg = 0,5.ε0 + 0,5 = 0,5.0,86 + 0,5 = 0,93 - Tính laiï ϕn Tra bảng ta ϕn = 0,98 - Tính lại BC : Q 92 Bc = = ϕ n.ϕ g.h 2g( H − h) 0,98.0,93.3,92 2.9,81.( 4,14− 3,92) = 12,40 m - Kiểm tra lưu lượng qua coáng : Qtt = ϕnϕg.Bc.h 2g.( H − h) = 0,98.0,93.12,40.3,92 2.9,81( 4,14− 3,92) = 92,04 (m3/s) ∗ Từ tính toán ta thấy : - Từ tính toán ta thấy : Q tt ≈ Qtk bề rộng cống chọn đảm bảo mặt lưu lượng - Vậy ta chọn lại bề rộng cống : B c = 13m chia làm n = khoang, khoang : b = 6.5m Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên III Tính toán tiêu phòng xói : Trường hợp tính toán : (Với cống tiêu kết hợp dâng tưới) - Khi lưu lượng tháo qua cống với chênh lệchmực nước thượng hạ lưu lớn - Tính toán trường hợp mực nước sông nhỏ mực nước đồng lớn max Zsông - Ta có : = 3,55m; Zđồng = 6,85m max ∆Zmax = Zđồng - Zsông = 6,85 – 3,55 = 3,30m - Tính toán với chế độ mỡ cữa van - Chiều cao mực nước tính toán tiêu : max Hmax = Zđồng - Zđk = 6,85 – = 5,85 m hh = Zsông - Zđk = 3,55 – = 2,55 m Lưu lượng tính toán tiêu : - Với trường hợp cống tiêu kết hợp dâng tưới Ta xét trường hợp mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc lưu lượng tháo qua cống Khi mực nước thượng lưu khống chế, Q tt lưu lượng tháo thiết kế coáng : Qtt = Qtk = 92 (m3/s) - Xác đònh độ cao mỡ cống a theo công thức chảy cữa cống : Q = ε.ϕ.Bc.hc 2g( H − hc ) (**) Trong (**) ta coù : + ε - hệ số co hẹp bên, ta chọn : ε = 0,98 + ϕ - hệ số lưu tốc, ta chọn : ϕ = 0,95 + hc – độ sâu mặt cắt co hẹp : hc = α.a  a + α - laø hệ số co hẹp đứng : α = f  H + Ta có H0 tính theo mực nước lớn : α.V 0,552 H0 = H + = 5,85 + = 5,87 m 2g 2.9,81 Trong : Q Q 92 = = V= = 0,55 (m/s) Ω H max.( bk + m.H max) 5,85.( 20+ 1,5.5,85) + Bề rộng cống : ∑b = Bc = 13m + Ta coù : E0 = P + H0 = H0 ∗ Ta xác đònh a cách sữ dụng bảng quan hệ Jucốpxki sau : - Tính F(τc) : Q 92 F(τc) = = 0,524 3/ = ϕ.Bc.H 0,95.13.( 5,87) 3/ - Tra bảng phụ lục 15-1(bảng tính hủy lực ) ta : Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thieân τ c = 0,130 hc = τ c.E = 0,130.5,87= 0,77m ⇒ "  " " τ c = 0,571 hc = τ c E = 0,571.5,87= 3,35m α = 0,621 - Xác đònh độ cao mỡ coáng : h 0,77 a= c= = 1,25m α 0,621 ∗ Kiểm tra lại lưu lượng qua cống : - Từ công thức tính lưu lượng ta có : Q = ε.ϕ.Bc.α.a 2g( H − α.a) = 0,98.0,95.13.0,621.1,25 2.9,81.( 5,87− 0,621.1,25) = 93,92 (m3/s) - So saùnh ta thấy : Qtt > Qtk độ cao mỡ cống : a = 1,25 m đảm bảo điều kiện độ mỡ cống ∗ Kiểm tra trạng thái chảy qua cống : - Từ tính toán hc, hh, hc” so sánh ta thấy : hc < hh < h"c - Vậy chế độ chảy qua cống có nước nhảy phóng xa Vì mà cần phải thiết kế thiết bò để tiêu hao hết lượng thừa từ lượng nước thượng lưu đổ hạ lưu đảm bảo cho cống làm việc an toàn Tính toán kích thước thiết bò tiêu : a Chọn biện pháp thiết bò tiêu : - Để tiêu hao phần lượng dòng chảy không cho phát sinh dòng chảy xiết xãy trường hợp nước nhảy phóng xa, nhằm đưa cho nước nhảy sau cống trạng thái chảy ngập, dòng chảy đặn cần phải thiết kế thiết bò tiêu - Theo tài liệu thiết kế cống cống xây dựng đất, nên dùng thiết bò đào bể để tiêu hợp lý b Tính toán kích thước bể : ∗ Tính chiều sâu đào bể : Chiều dâu đào bể tiêu xác đònh theo công thức thủy lực sau : d = σ h"c - hh – Z2 Trong : + σ - hệ số an toàn ngập, ta chọn : σ = 1,10 ( ) + h"c - độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp hc + hh – độ sâu mực nước lưu chưa đào bể - Chiều sâu đào bể xác đònh theo công thức thủy lực tính toán theo phương pháp dần : - Giả thiết giá trò d1 sau : Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên d= h"c - hh = 3,35 – 2,55 = 0,8m - Tính E '0 : E '0 = E0 + d1 = H0 + d1 = 5,87 + 0,8 = 6,67 m - Tính F(τc) : F(τc) = Q ( ) 3/ ϕ.Bc E '0 = 92 0,95.13.( 6,67) 3/ = 0,432 - Từ F(τc) tra bảng phụ lục 15-1 ta : τ"c = 0,525 ⇒ h"c = τ"c E '0 = 0,525.6,67 = 3,50m - Tính độ chênh mực nước ỡ ngưỡng tiêu Z2 : Q2 α.Q2 − Z2 = 2 ϕ Bc hh.2g 2g.B2 σ.h" c c 922 ( ) 922 − 0,952.132.2,552.2.9,81 2.9,81.132.(1,05.3,50) = 0,25 m = - Tính lại d : d = σ h"c - hh – Z2 = 1,05.3,50 – 2,55 – 0,25 = 0,88 m - Từ d d1 tính toán ta thấy : d1 ≈ d = 0,88 - ta chọn lại chiều sâu đào bể cho đảm bảo tiêu tốt trường hợp bất lợi xảy : d = 0,9 m ∗ Tính chiều dài bể tiêu Lb : - Chiều dài bể tiêu xác đònh theo công thức sau : Lb = L1 + β.Ln Trong : + β - hệ số, ta chọn β = 0,75 + L1 – chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng, tính theo Trectôuxốp L1 = hk ( P + 0,35.hk ) = ( ) = 3,91.( 0,9 + 0,35.3,91) = 5,95m Với :P – chiều cao ngưỡng cống so với bể : P = d = 0,9m 2 5,87 = 3,91 m hk = H = 3 + Ln – dài nước nhảy, tính theo công thức kinh nghiệm : Ln = 4,5 h"c − hc = 4,5.(3,5 – 0,77) = 12,28 m - Thay tất vào ta : Lb = 5,95 + 0,75.12,28 = 15,16 m ( ) Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Vậy ta chọn lại chiều dài bể : Lb = 16 m C BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG : I Thân cống : Bao gồm đáy, trụ phận bố trí Thiết kế cửa van : Ta chọn phương án làm cửa van phẳng, có cấu tạo thép, cao trình cửa van phải cao cao trình đáy tường ngực khoảng : Thiết kế tường ngực : a Các giới hạn tường ngực : ∗ Xác đònh cao trình đáy tường ngực : - Cao trình đáy tường ngực xác đònh theo công thức sau : Zđt = Ztt + δ Trong : + Ztt – mực nước tính toán diện cống, ta có : Ztt = H = Zđmin − Zđk = 5,10 – = 4,10 m + δ - độ lưu không , chọn : δ = 0,7 - Thay tất vào ta : Zđt = 4,10 + 0,7 = 4,8 m ∗ Xác đònh cao trình đỉnh tường ngực : Lấy cao trình đỉnh tường ngực với cao trình đỉnh cống Được xác đònh đỉnh đập bê tông - Cao trình đỉnh tường ngực xác đònh theo mực nước MNDBT MNDGC : ∇ đ1 = Zđmin+ ∆h +ηs + a (1) ∇ ñ2 = Zñmax+ ∆h’ +ηs’ + a’ (2) Trong : + a a’ – độ vượt cao an toàn ứng với mực nước Tra bảng phụ lục 5-1 GTTC tập I ta : a = 0,5 ; a’ = 0,4 + ηs ηs’ – độ dềnh cao ứng với mực nước + ∆h ∆h’ – độ dềnh gió ứng với gió lớn gió bình quân Xác đònh ∆h η s ứng với : ( V = 28 m/s vaø D = 200m ) : - Xác đònh ∆ h : V 2.D 282.200 ∆h = 2.10 cosαB = 2.10-6 = 0,0078 (m) g.H 9,81.4,10 -6 Trong : + V = 28 (m/s) ; D = 200m ; g = 9,81 (m/s2) ; H = 4,10 m + αB – laø góc kẹp cống với hướng gió Ta chọn αB = Trang 10 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên + C – hệ số phụ thuộc vào loại đất Tra bảng phụ lục P3-1( ứng với loại đất cát pha ) : C = + Ltt – chiều dài tính toán đường viền thấm (theo PP LEN) Được xác đònh sau : ∗ Xác đònh Ltt : L Ltt = Lđ + n m Trong : + Lđ – chiều dài tổng cộng đoạn thẳng đứng đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn 450 + Ln – chiều dài tổng cộng đoạn nằm ngang đoạn xiên có góc nghiêng nhỏ 450 + m – hệ số phụ thuộc vào hàng cừ sơ đồ đường viền thấm Chọn : m= 1,5 - Ta có sơ đồ đường viền thấm đáy công trình cho hình vẻ a b t =1m Z =0.8m c S= 3m L s =16m e f g d L bñ =20m d =0.9m h k 1.9m - Xác đònh Lđ Ln từ hình vẻ ta có : Lđ = 1,2 + 2.S + 2 = 12,02 m Ln = Ls + Lbñ + 1,9 = 37,9m - Thay tất giá trò vào ta : 37,9 Ltt = 12,02 + = 37,30 m 1,5 - Vậy ta có : Ltt = 37,30m > C.H = 29,25 m - Vậy chiều dài đáy chiều dài sân trước đảm bảo điều kiện chống thấm III Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu : Nối tiếp thượng lưu : - Góc mỡ tường phía trước, ta chọn góc mỡ φ t : tgφ t = Hình thức tường cánh phụ thuộc vào quy mô cống Trang 16 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Với cống rộng 13m, để tạo điều kiện thuận lợi cho nước vào cống dể dàng ta chọn tường cánh tường thẳng - Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ để chống xói mòn, vật liệu làm đá khan xây có độ dày 0,4m - Chiều dài lớp phủ làm dài bắng sân chống thấm Phía lớp đá bảo vệ cần có tầng đệm dăm cát dày 12cm Nối tiếp hạ lưu : ∗ Tường cánh : - Góc mỡ tường cánh hạ lưu mỡ phía sau, với góc mở nhỏ : tgφ h = Hình thức tường phụ thuộc vào quy mô cống, ta chọn tường thẳng ∗ Sân tiêu : - Được làm bê tông, trê có bố trí lỗ thoát nước, với chiều dày xác đònh sau : t = 0,15.V1 h1 Trong : - V1 h1 – lưu tốc chiều sâu chỗ đoạn đầu nước nhảy Ta có h1 = hc = 0,77m Q Q 92 = V1 = = = 9,19 (m/s) Ω h1.Bc 0,77.13 - Thay giá trò vào ta : t = 0,15.9,19 0,77 = 1,2 m ∗ Saân sau : - Được làm đá xếp, phía có tầng đệm theo hình thức tầng lọc ngược - Chiều dài sân sau xác đònh theo công thức kinh nghiệm sau: LSS = K q ∆H Trong : + q – lưu lượng đơn vò cuối sân tiên naêng : Q 92 = q= = 4,6 (m3/s.m) bk 20 + K – hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh Với đất cát pha chọn : K = 15 + ∆H – chênh lệch cột nước thượng hạ lưu ∆H = H1 – H2 = 4,10 – 3,92 = 0,18m - Thay tất vào ta : LSS = 15 4,6 0,18 = 21 m D TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG : Trang 17 Đồ I + + + + + + + + a - - - Aùn Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên Những vấn đề chung : Mục đích trường hợp tính toán : Mục đích xác đònh lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wt, grien thấm J Trường hợp tính toán với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn Tính toán thấm theo phương pháp vẻ lưới thấm Sơ đồ phương pháp tính toán : Dựa nguyên tắc sau : Đường dòng đường viền đáy công trình Đường dòng cuối mặt tầng không thấm Đường mặt thấm phía thượng lưu Đường cuối mặt thấm phía hạ lưu Các đường dòng đường trực giao Các mắt lưới phải ô hình vuông cong, miền thấm đường kề gọi dải, miền đường dòng kề gọi óng dòng Ta có sơ đồ lưới thấm hình vẻ trên.Theo hình vẻ ta có được: Có đường dòng ⇒ có m = ống dòng Có 30 đường ⇒ có n = 29 dải Ta có sơ đồ thể : Tính toán thấm : Tính áp lực thấm đẩy ngược Wt : Tổn thất cột nước qua dải : H max 3,3 = = 0,11 (m) ∆H = n 30 Cột nước thấm điểm x cách dải cuối i dải H hx = i = 0,11.i n Vậy mổi điểm sơ đồ lưới thấm hA = 0,11.13,5 = 1,485 m hB = 0,11.3,6 = 0,396 m p lực thấm lên đáy công trình : 1,485+ 0,396 h + hB Wth = γ n A Lbñ = .20 = 8,81 T/m 2 Trang 18 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên +5.1 H Lst=16m H +1.0 4.92 Lbñ=20m +1.0 -0.1 29 A 28 B 27 26 25 23 22 21 20 19 18 17 1615 14 13 12 1110 (H2 +t).γn HB HA Wt b Xác đònh grien thấm J : - Grien thấm tại ô lưới có trung đoạn laø ∆S : ∆H H = J= ∆S n.∆S - Grien thấm ô lưới thứ : ∆H 0,11 = = 0,063 J1 = ∆S1 1,74 ∆H 0,11 = 0,057 J2 = = ∆S2 1,91 ∆H 0,11 = 0,064 J3 = = ∆S3 1,71 ∆H 0,11 = 0,055 J4 = = ∆S4 2,01 ∆H 0,11 = 0,46 Jtb = = ∑ ∆S 0,239 II Kiểm tra độ bền thấm : Trang 19 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Vì đất cống cát pha nên có khả pháhoại dòng thấm xói ngầm học Vậy điều kiện để đảm bảo : J ≤ [J] Trong : + J – gredien thấm tb J + [ J ] - gredien thấm cho pheùp : [ J ] = gh m + Jgh – gradien thấm cục tới hạn Phụ thuộc vào hệsố d60 không hạt η = = tra độ thò V.S.Ixtônmina d10 (ĐT P3-1) ta : Jgh = 0,7 + m – hệ số an toàn làm việc Chọn m = 1,5 - Thay tất vào điều kiện ta : 0,7 = 0,47 J = 0,46 < [ J ] = 1,5 - Vậy điều kiện thấm qua đảm bảo E TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG : I Mục đích trường hợp tính toán : Mục đích : - Từ điều kiện đề công trình thiết kế cần phải kiểm tra ổn đònh cống khả xảy trượt, đẩy nổi… - Với yêu cầu đồ án cần kiểm tra ồn đònh trượt Trường hợp tính toán : - Tính toán với trường hợp bất lợi Tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống lớn max = 3,55m : Hmax = 3,3 - Tính với trường hợp : Zđồng= 6,85m Zsông II a ∗ - m Tính toán cho máng Tính toán ổn đònh trượt cho trường hợp chọn : Xác đònh lực tác dụng lên mảng tính toán : Các lực thẳng đứng : Bao gồm trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cửa van, tường ngực, mố cống, đáy, trọng lượng nước cống (phía thượng lưu cống hạ lưu cống), trọng lượng phần đất chân khay ( phạm vi khối trượt) lực đẩy ngược(thấm, thủy tỉnh) Trọng lượng cầu giao thông : Với thiết kế cầu cho xe có tải trọng –10 qua, thiết kế cầu BTCT có trọn lượng 100T Vậy G1 = 100 T ∗ Trọng lượng tường ngực : Trang 20 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Với tường ngực thiết kế hình vẻ : - Với tường làm vật liệu BTCT có γ b = 2,5 (T/m3) G2 = (0,6.0,3 + 0,8.0,5 + 2,2.0,3).11.2,5 = 34,1 T 30 60 50 50 7.8 300 220 680 30 100 120 50 +1.0 80 ∗ Trọng lượng mố : - Ta có sơ đồ chọn hình vẻ : - Từ hình vẻ ta có : G3 = (2.0,5.6,8 + 1.6,8).20.2,5 = 680 T ∗ Trọng lượng cầu công tác : vật liệu làm BTCT : - Chọn kết cấu theo hình vẻ, ta chọn trọng lượng cầu công tác : G4 = 60 T ∗ Trọng lượng phần đất chân khay : - Tính toán từ hình vẻ ta có : G5 = (16.1 + .1.1).1,69.13 = 373,49 T ∗ Trọng lượng đáy : - Từ thiết kế ta tính : G6 = (1,2.20 + 3).13.2,5 = 887,5 T ∗ Trọng lượng cửa van : G7 = 20 T ∗ Trọng lượng nước trước cửa cống : - Tính toán trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn - Từ số liệu tính toán ta có : G8 = 5,85.1.5,55.13 = 420,08 T ∗ Trọng lượng nước sau cửa cống : Trang 21 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên G9 = 2,55.1.13.14,35 = 475,70 T ∗ p lực thủy tỉnh đẩy ngược : - Tính cho trường hợp : hh = 2,55m G10 = γ n.L.hh bc= 1.20.2,55.13 = 663 T b Xác đònh lực ngang : ∗ p lực nước phía đồng: - Xác đònh áp lực nước thưọng lưu ứng với chieàu cao : Hmax : 1 2 T1 = γ n.BcH max = 1.5,85 13= 222,44 T 2 ∗ p lực nước phía sông : 1 2 T2 = γ n.Bchh = 1.2,55 13= 42,27 T 2 c Ta có bảng tổng kết lực : TT Thành phần G1 ( T ) G2 ( T ) G3 ( T ) G4 ( T ) G5 ( T ) G6 ( T ) G7 ( T ) G8 ( T ) G9 ( T ) 10 G10 ( T ) 11 T1 ( T ) 12 T2 ( T ) Trò số chiều lực 100, 00 31,1 680, 00 60,0 373, 49 887, 50 20,0 420, 08 475, 70 663 222,4 Khoảng cách a (m) Môm en M0 P 1776, 56 2384, 79 3,00 4,13 0,00 4,30 0,00 0,00 4,60 7,17 2,82 4,33 1,95 42,2 0,85 Trang 22 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên 12.0 G4 7.80 G1 G2 G8 G1 4.80 G1 G1 G3 G9 G7 +1.0 G6 Lbñ =20m 1.0m 1.2m G5 1.0m Xác đònh áp lực đáy móng : - tính toán dựa theo sơ đồ nén lệch tâm ∑P ± ∑M0 σ= F W Trong : + ∑ P - tổng lực thẳng đứng tác dụng lên đáy cống : ∑ P = ∑ G i = 2384,79 T + ∑ M - laø tổng mômen lực tác dụng lên mảng, lấy tâm đáy mảng Theo tính toán ta có : Trang 23 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên ∑ M = 1776,56 T + F – diện tích đáy mảng : F = B.L = 14.20 = 280 m2 + W – môđun chống uốn đáy mảng B.L2 14.202 W= = = 933,33 m3 6 - Thay tất vào công thức ta : ∑ P + ∑ M = 2384,79+ 1776,56 = 10,42 (T/m2) σ max = 280 933,33 F W ∑ P − ∑ M = 2384,79− 1776,56 = 6,61 (T/m2) σ = 280 933,33 F W 10,42+ 6,61 σ +σ σ TB = max = = 8,51 (T/m2) 2 Phán đoán khả trượt : Để kiểm tra khả trượt công trình ta dựa vào điều kiện sau : a Chỉ số mô hình hóa : - Điều kiện phải đảm bảo laø : σ max ≤ N σlim N= B.γ Trong : + B – chiều rộng mảng ( chiều song song với lực đẩy trượt) : B= + γ – dung trọng đất lấy theo dung trọng đất : γ đn = γ k - (1 – n).γ n = 1,52 – (1 – 0,38).1 = 0,90 ( T/m3) + N σlim - chuẩn số không thứ nguyên Ta chọn : N σlim = - Thay tất giá trò vào ta : 10,42 N= = 0,83 < N σlim = 14.0,90 - Vậy điều kiện thứ đảm bảo b Chỉ số kháng trượt : - Điều kiện cần phải đảm bảo : C tgψ I = tgϕ I + I ≥ 0,45 σ tb Trong : + ϕI, CI – góc ma sát lực dính đơn vò đất nền, số I tương ứng tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ ϕI = 180 CI = 0,30 + σtb – laø ứng suất trung bình tính toán σtb = 8,51 (T/m3) Trang 24 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Thay tất vào ta : C 0,3 tgψ I = tgϕ I + I = tg180 + = 0,36< 0,45 σ tb 8,51 - Vậy điều kiện thứ không đảm bảo c Hệ số mức độ cố kết : - Điều kiện cần phải đảm bảo : K (1+ e) t0 C 0v = t ≥4 a.γ n.h20 Trong : + Kt – hệ số thấm đất : Kt = 2.10-6 (m/s) + e – hệ số rỗng đất tự nhiên : e = 0,92 + t0 – thời gian thi công công trình : t = năm = 62,21.10 (s) + a – hệ số nén đất : a = 2,0 (m2N) + γ n – dung trọng nước : γ n = 9810 (N/m3) + h0 – chiều dày tính toán lớp cố kết (m), lấy chiều dày lớp có sét h1 ( không lớn B) ta lấy h0 = 14m - Thay tất giá trò vào ta : 2.10−6.(1+ 0,92).62,21.106 =6,21.10-5 < Cv = 2.9810 142 - Từ ta thấy điều kiện không thõa mãn ∗ Từ điều kiện ta thấy : - toán cần phải kiểm tra trượt phẳng Tính toán trượt phẳng : - Điều kiện để ổn đònh cống trượt : m R (*) nc.Ntt ≤ Kn Trong : + nc – hệ số tổ hợp tải trọng : nc = + m – hệ số điều kiện làm việc công trình : m = + Kn – hệ số tin cậy phụ thuộc vào cấp công trình, tra phụ lục P1-6 ta Kn = 1,15 + Ntt R – giá trò tính toán lực tổng quát gây trượt lực chống giới hạn Khi mặt trượt nằm ngang giá trò tính toán sau : Ntt = Ttl + Ectl - Thl R = ∑ P.tgϕ I + mI E bhl + F.C I Trong : + Ttl , Thl : tổng giá trò tính toán thành phần nằm ngang lực chủ động tác dụng từ phía thượng lưu hạ lưu, trừ áp lực chủ động đất Ntt = 222,44 – 42,27 = 180,17 (T) Trang 25 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên + m1 : hệ số điều kiện làm việc, xét đến quan hệ áp lực bò động đất với chuyễn vò ngang cống lấy m1 = 0,7 + Ectl ,Ebhl : bỏ qua đồ án naøy R = 2384,79.tg180+0,70.0 + 280.0,3 = 858,86 (T) - thay tất vào điều kiện (*) ta : m 1.858,86 R = = 746,84 nc.Ntt = 180,17 < Kn 1,15 - điều kiện trượt phẳng đảm bảo F TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY CỐNG : I Mỡ đầu : Mục đích : Xác đònh sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực bố trí cốt thép đáy cống Trong đồ án yêu cầu xác đònh ngoại lực để tính kết cấu đáy theo phương pháp đềm đàn hồi Trường hợp tính toán : - Nêu trường hợp làm việc bất lợi mặt chòu lực đáy - Tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn : max Zđồng = 6,85m ∆Z = 3,30m Zsông= 3,55m Chọn băng tính toán : - việc tính toán kết cấu đáy cần tiến hành cho băng khác Trong đồ án yêu cầu tính toán cho băng - kết cấu thể hình vẻ với : b = 1m Tính cho băng ỡ phía sau cữa van G4 G5 Băng tính toá n G6 G1 G3 G2 T1 T2 b σ đáy mố Pk Sơ đồtính toá n lực củ a mốtruyền cho bả n đá y Trang 26 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên II Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng : Bao gồm lực tập trung từ mố, lực phhân bố băng tải trọng bên - G1 : Trọng lượng cầu giao thông - G2 : Trọng lượng tường ngực - G3 : Trọng lượng mố - G4 : Trọng lượng cầu công tác - G5 : Trọng lượng người xe cộ - G6 : Trọng lượng cữa van - T1 : Áp lực ngang từ thượng lưu - T2 : Áp lực ngang từ hạ lưu Lực tậo trung truyền từ mố : a Tính lực tập trung mố bên : Theo hình vẻ ta tính toán lực sau, tính toán theo nhòp cống: - Tính trọng lượng cầu giao thông : 100 = 25T G1 = - Tính trọng lượng tường ngực : 34,1 = 8,52T G2 = - Tính trọng lượng mố : G3 = 0,5.6,8 20.2,5 = 170 T - Tính trọng lượng cầu công tác : 60 = 15T G4 = - Tính trọng lượng người xe cộ : 40 = 10T G5 = - Tính trọng lượng cữa van : 20 = 5T G6 = - Tính áp lực ngang từ thượng lưu : 222,44 = 111,22T T1 = - Tính áp lực ngang từ hạ lưu : 42,27 = 21,13T T2 = ∗ Kết thể bảng sau : Trang 27 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên Bảng tính tổng hợp lực tác dụng lên băng mố bên TT Thành phần G1 ( T ) G2 ( T ) G3 ( T ) G4 ( T ) G5 ( T ) G6 ( T ) T1 ( T ) T2 ( T ) Trò số chiều lực 25 8,52 170 15 10 111,2 Khoảng cách a (m) Môm en M0 P 3,00 4,13 0,00 4,30 3,0 4,6 217,1 233,5 1,95 21,1 0,85 - F – diện tích mố bên : F = B.L = 0,5.20 = 10 m2 - W – môđun chống uốn đáy moá 0,5.202 B.L2 W= = = 33,33 m3 6 - Thay tất vào công thức ta ứng suất mố cống : ∑ P + ∑ M = 233,52+ 217,15 = 29,87 (T/m2) σ max = 10 33,33 F W ∑ P − ∑ M = 233,52− 217,15 = 16,84 (T/m2) σ = 10 33,33 F W 29,87+ 16,84 σ +σ σ TB = max = = 23,35 (T/m2) 2 ∗ Lực truyền cho đáy mố : Pk = pk.b.d Trong : + pk : xác đònh sau : Lb pk = σmin + (σmax - σmin) Lc 13 ( 29,87− 16,84) = 25,31 T/m2 = 16,84 + 20 + b : bề rộng băng tính toán : b = 1m + d : chiều dày mố đáy : d = 1,2m - Thay tất vào ta : Pk = 25,31.1.1,2 = 30,37 T Trang 28 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên b Tính lực tập trung mố : - Ta có kết tính toán sau : Bảng tính tổng hợp lực tác dụng lên băng mố bên TT Thành phaàn G1 ( T ) G2 ( T ) G3 ( T ) G4 ( T ) G5 ( T ) G6 ( T ) T1 ( T ) T2 ( T ) Trò số chiều lực 50 17,0 340 30 20 10 111,2 Khoảng cách a (m) Moâm en M0 P 434,3 467,0 3,00 4,13 0,00 4,30 3,0 4,6 1,95 21,1 0,85 - F – diện tích mố : F = B.L = 1.20 = 20 m2 - W – môđun chống uốn đáy mố 1.202 B.L2 W= = = 66,66 m3 6 - Thay tất vào công thức ta ứng suất mố cống : ∑ P + ∑ M = 467,04+ 434,30 = 29,87 (T/m2) σ max = 20 66,66 F W ∑ P − ∑ M = 467,04− 434,30 = 16,84 (T/m2) σ = 20 66,66 F W 29,87+ 16,84 σ +σ σ TB = max = = 23,35 (T/m2) 2 ∗ Lực truyền cho đáy mố : Pk = pk.b.d Trong : + pk : xác đònh sau : Lb pk = σmin + (σmax - σmin) Lc 13 ( 29,87− 16,84) = 25,31 T/m2 = 16,84 + 20 + b : bề rộng băng tính toán : b = 1m Trang 29 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên + d : chiều dày mố đáy : d = 1,2m - Thay tất vào ta : Pk = 25,31.1.1,2 = 30,37 T Các lực phân bố băng : - Trọng lượng nước cống : q0 = γ n.hn.b = 1.3,2.1 = 3,2 (T/m) - Trọng lượng đáy : q1 = γ b.t.b = 2,5.1,2.1 = 3,0 (T/m) - Lực đẩy (lực thấm lực thủy tỉnh ) : q2 = γ n.hñn.b = 1.4,43.1 = 4,43 (T/m) + Với hđn xác đònh sau : Lx 5,2 ( hmax − hmin) = 4,15 + ( 5,23− 4,15) = 4,43m hđn = hmin + Lc 20 - Phản lực : q3 = Pp.b = 2,5.1 = 2,5 (T/m) + Với Pp xác đònh sau : L Pp = σmin + b (σmax - σmin) Lc 13 ( 3,2 − 2,1) = 2,5 T/m2 = 1,78 + 20 Xác đònh lực cắt không cân : S0 Fmb Fmb trục trung hò a Y1 Y0 A1 X Fđ X Y2 L A2 L Sơ đồphâ n phố i lực cắ t khô ng câ n bằ ng a Trò số : Trang 30 ... 0,82 2,2 2,0 2,3 Thời gian thi công : năm Trang Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên PHẦN II : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ A CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ : I Vò trí , nhiệm vụ công trình : - Cống C xây dựng... Với thiết kế cầu cho xe có tải trọng –10 qua, thiết kế cầu BTCT có trọn lượng 100T Vậy G1 = 100 T ∗ Trọng lượng tường ngực : Trang 20 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên - Với tường ngực thiết. .. kết cấu tường : - Với chiều cao tường không lớn nên ta chọn chiều dày mặt tường 0,3m - Chọn kết cấu làm tường ngực bê tông cốt thép Cầu công tác : Trang 13 Đồ n Thủy Công – Thiết Kế Cống Lộ Thiên