đồ án cống lộ thiên

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi Trường Đại học Thủy Lợi Khoa Cơng trình Bộ mơn Thủy Cơng ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI Thiết kế cống lộ thiên Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Thu Thủy Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Mai Chi MSV: 1651010491 Lớp: 58C-TL2 Đề bài: A-27 A TÀI LIỆU I Cống A Nhiệm vụ: Cống A xây dựng ven sông X để : - Lấy nước tưới cho 60000 ruộng; - Ngăn nước sơng vào đồng có lũ; - Kết hợp chuyển đường giao thông với loại xe 8-10 qua Các lưu lượng mức thiết kế (bảng A): Bảng A: Lưu lượng mực nước cống A Trường hợp Lấy nước max Ql�y Chỉ tiêu Đề số (m3/s) 27 112 Zdầukênh Zsôngmin (m) (m) 3,31 SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy 3,61 Chống lũ Zsôngmax (m) 7,55 Zsôngmax (m) 8,55 Zđồngmin (m) 2,62 Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi Tài liệu kênh hạ lưu :  Zđáy kênh = 0,00 ;  Độ dốc mái : m = 1,5 ; Độ nhám : n = 0,025 ;  Độ dốc đáy : i = 2.10-4 Tài liệu gió : Tần suất P% V(m/s) 28,0 26,0 22,0 20 18,0 30 16,0 50 14,0 Chiều dài truyền sóng : Trường hợp ZSơng bình thường ZSơng max D (m) 200 300 Tài liệu địa chất :  Đất thịt cao độ : +3,5  +0,5  Đất pha cát từ : +0,5  -10,0  Đất sét từ : -10,0  -30,0  Chỉ tiêu lý: Loại đất Chỉ tiêu K (T/m3) Tn (T/m3) Độ rỗng n Tn (độ) bh (độ) CTn (T/m2) Cbh (T/m2) Kt (m/s) Hệ số rỗng e Hệ số nén a (m2/N) SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Thịt Cát pha sét 1,47 1,70 0,40 190 160 1,50 1,00 4.10-7 0,67 2,20 1,52 1,75 0,38 230 180 0,50 0,30 2.10-6 0,61 2,00 1,41 1,69 0,45 120 100 3,50 2,50 1.10-8 0,82 2,30 Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên Hệ số không  GVHD:Nguyễn Mai Chi 8,00 9,00 7,00 Thời gian thi công : năm B YÊU CẦU : Xác định cấp cơng trình tiêu thiết kế Tính tốn thuỷ lực xác định chiều rộng cống giải tiêu chọn cấu tạo phận cống tính tốn thấm ổn định cống Chun đề : tính tốn đáy cống theo phương pháp dầm đàn hồi Bản vẽ : khổ A1, thể cắt dọc, mặt bằng, diện thượng lưu, hạ lưu, mặt cắt ngang cống cấu tạo chi tiết PHẦN II: THUYẾT MINH CHI TIẾT A.GIỚI THIỆU CHUNG I Vị trí nhiệm vụ cơng trình : Cống A xây dựng ven sông X để : - Lấy nước tưới cho 60.000 ruộng I - Ngăn nước sông vào đồng có lũ - Kết hợp tuyến đường giao thơng với xe loại – 10 qua Cấp cơng trình tiêu thiết kế : Cấp cơng trình: (Xác định theo TCVN 285 – 2002) a) Theo chiều cao cơng trình : Hct = + d - Zđáy kênh = 8,55 + 0,5 - = 9,05 m Trong đó: d độ vượt cao an tồn, lấy d = 0,5 ÷ 0,7 m Tra bảng P1-1 (Phụ lục - Đồ án môn học Thuỷ cơng) tương ứng với cơng trình đập bê tơng đất ta có cấp cơng trình cấp III b) Theo nhiệm vụ cơng trình : SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi Tra bảng P1-2 (Phụ lục - Đồ án môn học Thuỷ công) tương ứng công trình tưới cho 60.000 ta có cơng trình Cấp I  Chọn cấp cơng trình cấp I Các tiêu thiết kế : - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn để tính ổn định, kết cấu : P = 0,5 % - Tần suất gió lớn nhất: p = % - Tần suất gió bình quân: p = 50% - Tần suất mực nước lớn ngồi sơng khai thác: p = 10% (Bảng P – - TCVN285 – 2002) Hệ số vượt tải : (Tra bảng P1 – 4) + Trọng lượng thân cơng trình: 1,05 + Áp lực thẳng đứng trọng lượng đất: 1,20 + Áp lực bên đất: 1,20 + Áp lực nước tĩnh, áp lực thấm ngược, áp lực sóng: 1,00 + Tải trọng gió: 1,30 + Tải trọng động đất: 1,00 - Hệ số điều kiện làm việc : m =1 (Với cơng trình bêtơng bêtơng cốt thép - đất) Hệ số tin cậy : Kn = 1,2 B TÍNH TỐN THUỶ LỰC CỐNG I Tính tốn kênh hạ lưu Số liệu thiết kế : Độ dốc kênh : i= 2.10- ( sơ ta chọn , sau kiểm tra lại điều kiện bồi lắng xói lở ) Độ dốc mái :m = 1,5 Độ nhám :n = 0,025 max Lưu lượng : QTK = Q lấy =112 ( m /s ) Tính toán Thuỷ lực : * Độ sâu mực nước kênh: SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi H = Zđầu kênh - Zđáy kênh = 3,31 – = 3,31 m * Chiều rộng đáy kênh: Với : m = 1,5  4m0 = 8,424 = 8,424 2.104 112 = = 0,0637 Tra bảng phụ lục – (bảng tra thuỷ lực) với n = ,025 RLn= 3,3 m 3,31 Lập tỷ số = 3,3 = 1,003 Tra bảng 8-2 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta : = 7,69  B = 7,69.3,3 = 25,38 m  26 m, chọn B=26m * Kiểm tra điều kiện khơng xói : Vmax < [Vkx] - Lưu tốc khơng xói: [Vkx] = k= 0,53.1120,1 = 0,85 (m/s) Với K: hệ số định tính chất đất nơi kênh qua, với đất cát pha K= 0,53 - Tốc độ dòng chảy kênh dẫn với Qmax: Vmax= Vậy = h.(b+m.h) = 3,31 ( 26 +1,5.3,31) = 102,494(m2) 112  1,093 Vmax= = 102,494 (m/s) So sánh:Vmax = 1,093( m/s) >[Vkx]= 0,85 (m/s) Nh vËy kªnh thiết kế đà không thỏa mÃn đợc điều kiện xói lở Nên ta phải tính toán tiêu phòng xói cho kênh hạ lu II Tớnh toỏn khu din cng : Trường hợp tính tốn : chọn chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần lấy nước vào đồng với lưu lượng QTK: SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi Z = - Zđầu kênh = 3,61 - 3,31 = 0,3 m QTK = = 112 m3/s Chọn loại cao trình ngưỡng cống : a) Cao trình ngưỡng : để tăng khả tháo ta chọn ngưỡng cống ngang với đáy kênh thượng lưu, Znc = 0,0 m b) Hình thức ngưỡng: đập tràn đỉnh rộng +3.61m +3.31m H 0 h hn P Hình 1: Sơ đồ tính tốn diện cống Xác định bề rộng cống : a) Xác định trạng thái chảy: Theo QPTL C8-76 : Ta có: hn = hh – P1= hh = Zhl – Zđáy kênh = 3,31 – = 3,31 m Ho = H+ a Bỏ qua lưu tốc tới gần V o , chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ độ cao hồi phục Z bỏ qua, ta có: Ho= H =Z song - Zđáy kênh = 3,61– = 3,61 m = 3,31 3,61 = 0,917 > ()pg=(0,75 ÷ 0,83)  Cống chảy ngập b) Tính bề rộng cống : Từ công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Q= Trong đó: n : H/s lưu tốc, lấy theo trị số h/s lưu lượng m (Tra bảng Cumin) n = 0,96 SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên g : h/s co hẹp bên : g GVHD:Nguyễn Mai Chi = 0,50 + 0,5 Chọn sơ bộ: 0= 0,95  g = 0,975 Q = Qtk = 112 m3/s Thay giá trị vào biểu thức ta được: 112 = = 0,975.0,96.3,31 2.9,81.(3,61 3,31) =14,9 (m) Chọn = 15 m , cống có cửa cống rộng m cách mố trụ dày 1,0 m; mố bên dày 0,5 m Tính lại jn jg theo trị số m eo : eo = = = 0,833 Trong đó: : Tổng chiều dày mố,= m jg= 0,5eo +0,5 = 0,5.0,833+0,5 = 0,917 m 15 : tra bảng Cumin (với cotg =1; == 26 =0,58)  m = 0,36 Tra bảng phụ lục 14 – Bảng tra thuỷ lực m = 0,36  n = 0,96  = 112 0,917.0,96.3,31 2.9,81.(3,61 3,31) = 15,84(m)  Chọn = 16,5 m : Chọn cống có cửa, bề rộng cửa 5,5 m, cách mố trụ dày 1m, mố bên dày 0,5m Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập: q 112  6,8 16,5 == (m2/sm) hk  = = 1.6,82 9,81 3,31 = 1,68 = SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy = 1,68 (m) > ()pg = (1,2  1,4)  thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngập Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi III Tính tiêu phịng xói : Trường hợp tính toán : Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn song Z=Z max - Z daukenh =7,55 – 3,31 = 4,24 (m) Cống lấy nước tưới: Zsông lớn, Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy Chế độ nối tiếp hạ lưu phụ thuộc quy trình vận hành (chế độ đóng mở cửa van) Trường hợp đơn giản tính tốn mở cửa Lưu lượng tính tốn tiêu : Cống lấy nước: Mực nước hạ lưu phụ thuộc lưu lượng lấy (khi Z sơng có) Để xác định lưu lượng tính tốn tiêu năng, cần tính tốn với cấp lưu lượng từ Q '' đến Qmax, với cấp lưu lượng, cần xác định độ mở cửa cống a, độ sâu liên hiệp hc độ sâu hạ lưu hh : Qtt trị số ứng với ( hc  hh )max Cách xác định : Tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi thuỷ lực : * Tính độ sâu hạ lưu hh : Tính : '' 4 , với i = 2.10 tra bảng 8-1 (bảng tra thuỷ lực) Rln b b �h � R ln � � R R R � ln � Lập tỉ số ln , với b = bk=26 m tra bảng với m = 1,5 ta ln  hh = h = '' * Tính độ sâu liên hiệp hc : Giải theo tốn phẳng : Eo = P + Ho (Cống khơng có ngưỡng : P = 0) .Vo2 Ho = H = 7,55 m (bỏ qua lưu tốc tới gần 2g )  E0 = 7,55 m q o q Q �bc Từ F( c )= E , với ta có c tính hc  c.Eo Trong :  hệ số lưu tốc , đánh giá tổn thất lượng dòng chảy, theo Pavơlơpski , với đập tràn đỉnh rộng có :  = 0,85 �0,95 Ta chọn  = 0,95 '' '' '' BẢNG TÍNH CHỌN QTN Q (m3/s) 112 f(Rln) 0.00091 Rln 3.456 b/Rln 7.523 SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy hh 3.607 q 6.05 F(c) 0.30698 ’’ c 0.4561 hc'' 3.444 hc''-hh -0.163 Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên 110 100 90 80 70 60 50 40 0.00093 0.00102 0.00114 0.00128 0.00146 0.00171 0.00205 0.00256 3.428 3.313 3.178 3.142 2.893 2.725 2.545 2.343 GVHD:Nguyễn Mai Chi 7.584 7.848 8.181 8.275 8.987 9.541 10.216 11.097 3.565 3.385 3.181 3.120 2.746 2.502 2.250 1.974 5.95 5.41 4.86 4.32 3.78 3.24 2.70 2.16 0.30191 0.27451 0.24660 0.21920 0.19180 0.16440 0.13700 0.10960 0.4528 0.4339 0.4136 0.3924 0.3688 0.3435 0.3157 0.2841 3.419 3.276 3.123 2.963 2.784 2.593 2.384 2.145 -0.146 -0.109 -0.058 -0.157 0.038 0.091 0.134 0.171 Dựa vào bảng tính ta có : Lưu lượng tính tốn tiêu Q tn = 40 m3/s, tương ứng với q = 2,16 (m3/s.m) với ( – hh)max = 0,171 m + Eo = 7,55 m + = 2,145 m + hh = 1,974 m * Xác định độ mở cống : Cơng thức chảy cửa cống : Q= Trong đó: + : hệ số co hẹp bên H0    a0 H  �b Với a0 hệ số phụ thuộc vào hình dạng mố Đầu mố dạng nửa tròn a0= 0,11 7,55   1 0,11 7,55 18,5 = 0,968 + : hệ số lưu tốc Với cống có đáy ngang đáy kênh lấy = (0,95 1), chọn = 0,95 + hc :độ sâu dòng chảy mặt cắt co hẹp +a : độ mở cống Độ mở cống xác định: + : hệ số co hẹp đứng SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi Mối quan hệ đại lượng ; 16-1/219 giáo trình thủy lực tập II Thay vào biểu thức tính Q:  c ; F ( c ) … tính tốn lập sẵn theo bảng 112  0,968.0,95. a.18,5 2.9,81.(7,55  a) 1,4863   a 7,55  a Giải thử dần: Lần 1: Giả thiết   0,617 � a  0,91128m a H = 0,1207 Tra bảng 16-1 �   0,617 Vậy độ mở cống a= 0.9 m Tính tốn thiết bị tiêu : a) Chọn biện pháp tiêu : Trường hợp kênh làm đất nên ta chọn hình thức làm bể tiêu b) Tính tốn kích thước bể : * Chiều sâu bể : Sơ chọn chiều sâu bể : d =  hc  (hh  Z ) '' ' Lúc cột nước tồn phần là: Eo  Eo  d o =7,55+0,289=7,839(m) = 2,145 m  : hệ số chảy ngập (1,05 – 1,10) , ta chọn  = 1,1 ta có =1,1.2,145 =2,36 m 2,162 2,16  2  Z = = 2.9,81.0,95 1,974 2.9,81.2,36 =0,0245 m Tính lại chiều sâu bể theo công thức: d = - (hh + Z )=2,36 -(1,974 + 0,0245) = 0,36m  Chọn theo kích thước bể cấu tạo : d=0,5 m * Chiều dài bể tiêu : Lb = L1 + Ln Trong đó: SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: 10 ... lục - Đồ án môn học Thuỷ công) tương ứng với cơng trình đập bê tơng đất ta có cấp cơng trình cấp III b) Theo nhiệm vụ cơng trình : SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên. .. cống : Trường hợp tính toán : chọn chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần lấy nước vào đồng với lưu lượng QTK: SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi... đỉnh tường ngực : lấy cao trình đỉnh cống, xác định đập bêtông SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy Trang: 11 Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD:Nguyễn Mai Chi Zđỉnh cống= max(Zđ1, Zđ2), với Zđ1 = Zđ2 = Zđ2