Chuyên đề kỹ thuật công trình kiểm soát nguồn nước THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN cống b đề số 67

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC ĐỒ ÁN Chun đề: Kỹ Thuật Cơng Trình Kiểm Sốt Nguồn Nước THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN Cống B đề số 67 GVHD: ThS Nguyễn Thị Phương Thảo SVTH: Nguyễn Thị Kiều Linh MSSV: 0650150015 PHẦN Tài Liệu     Nhiệm vụ cơng trình Cống B xây dựng ven sông Y vùng chịu ảnh hưởng thủy triều Tiêu nước, ngăn triều trữ Diện tích tiêu 30000ha Cống xây dựng tuyến giao thơng có loại xe 8-10 qua Các mực nước lượng tiêu Tiêu nước Q     tiêu max Z khống chế đồng Ngăn triều Z TK sông Z (m /s) (m) (m) 86 3,60 3,38 Bảng 1: Lưu lượng mực nước cống B Tài liệu kênh Zđáy kênh = -1,00 m Độ dốc mái m=1,5 Độ dốc đáy i=10-4 Độ nhám n=0,025 Tài liệu gió chiều dài truyền sóng Tần suất P% V (m/s) sông (m) 0,10 max sông Z đồng (m) 6,20 (m) 1,00 Z 20 20 30 50 28,0 26,0 22,0 22,0 18,0 16 14,0 Bảng 2: Tài liệu gió Trường hợp D (m) Z sơng bình thường 200 Z sơng max 300 Bảng 3: Chiều dài truyền sóng Tài liệu địa chất Loại đất Đất thịt Cao độ +1,00 đến -1,00 Đất cát -1,00 đến -20,00 Bảng 4: Tài liệu địa chất Đất sét -20,00 đến -40,00 Loại đất Chỉ tiêu γk (T/m3) γtn (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 (m2/N) Hệ số không η Thịt Cát pha Sét 1,47 1,70 0,40 19o 160 1,50 1,00 4.10-7 0,67 1,52 1,75 0,38 23o 18o 0,50 0,30 2.10-6 0,61 1,41 1,69 0,45 12o 10o 3,50 2,50 1.10-8 0,82 2,2 2,0 2,3 Bảng 5: Các tiêu lý đất cống Thời gian thi công Thời gian thi công trình năm Yêu cầu đồ án  Xác định cấp cơng trình tiêu thiết kế  Tính tốn thủy 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 1-2 khổ A1, thể cắt dọc, mặt bằng, diện thượng hạ lưu, mặt cắt ngang cống, cấu tạo chi tiết Phần 2: Thuyết Minh Giới thiệu cơng trình  Theo quy hoạch phát triển vùng Cống lộ thiên xây dựng ven sông Y vùng chịu ảnh hưởng thủy triều có nhiệm vụ tiêu nước cho 30000ha, ngăn triều giữ cho ruộng  Các cơng trình tiêu thiết kế + Cấp cơng trình Theo QCVN 04-05: 2012 cấp cơng trình xác định theo tiêu chí sau:  Theo chiều cao cơng trình loại nền: tra theo bảng với đối tượng đập bê tơng đất nhóm B Ta có sơ cơng trình thuộc cơng trình cấp II  Theo nhiệm vụ cơng trình, cấp cơng trình cấp thiết kế cơng trình cấp II Vậy chọn cấp cơng trình cấp II + Các tiêu thiết kế: dựa vào cấp cơng trình ( cấp II ) xác định  Tần suất lưu lượng, mực nước để tính tốn ổn định, kết cấu P% =0,5% ( theo bảng P1-3)  Tần suất mực nước lớn ngồi sơng khai thác P=10%  Hệ số lệch tải n=1,00  Hệ số điều kiện làm việc m=1,00 ( theo bảng P1-5)  Hệ số tin cậy Kn=1,20 ( theo bảng P1-6)  Tải trọng động đất =1,00 Tính tốn thủy lực cống 2.1 Mục đích Xác định diện tính tốn tiêu ( phần lập quy trình đóng mở cống khơng u cầu đồ án ) 2.2 Tính tốn kênh hạ lưu Bài tốn có i, m, n, Q, h (do khống chế cao trình đáy mực nước thiết kế ) từ tìm B Có thể gải phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi mặt thủy lực Ta chọn sơ chọn độ dốc kênh i=10-4, độ mái dốc m=1,5, độ nhám n=0,025 TK Chiều sâu cột nước kênh h= Z sông– Z đáy kênh= 3,38-(-1.00)=4,38 Lưu lượng tính tốn Q =Q tiêu max =86 m /s  Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực mo= 2√ 1+m2 - m= 2√ 1+1.52 – 1,5= 2,11 f ¿ Rln)= mₒ √ i 4.2,11 √ 10−4 = = 0.0009 Q 86 Tra bảng phụ lục 8-1 bảng tính thủy lực với n= 0.025, giá trị Rln= 3.23 m Lập tỷ số: hk 4.38 = = 1.356 R ln 3.23 Tra bảng phụ lục 8-3 bảng tỉnh thủy lực với m=1,5 kèm theo phương pháp nội suy chiều, giá trị B KH = 4,44 Rln Từ co thể xác định giá trị cụ thể: BKH = 3,23 4,44 = 14,3m Chọn BKH = 15m  Kiểm tra điều kiện không xói kênh Sơ xác định vận tốc khơng xói (Vkx) theo cơng thức ( theo 4118:2012): Vkx = 0,53 860,1 = 0,827 m/s Vì kênh dẫn nước từ đồng nên hàm lượng bùn cát nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Ta cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế Vmax < Vkx Vmax lưu tốc lớn kênh ứng với lưu lượng Qmax = 86 m3/s Sau đó, cần xác định hmax theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi mặt thủy lợi Tra bảng 8-1 bảng tính thủy lực với n= 0,025, giá trị Rln= 3,23m mₒ √ i 4.1,5 √10−4 = Q 86 B BH 15 Lập tỉ số = = 4,64 R ln 3.23 f ¿ Rln)= = 0,00069 Tra bảng phụ lục 8-3 bảng tính thủy lực với m= 1,5 kèm theo phương pháp nội h h suy chiều, giá trị R = 1,332 Từ giá trị hmax = Rln R = 3,23 1,332 = ln ln 4,302m Vận tốc lớn kênh hạ lưu: Vmax= Qmax ω max = Qmax ¿¿ = 86 = 0,93m ( 1,5+ 1,5.4,0302 ) 4,302 Vậy Vmax > Vkx nên kênh tiêu bị xói Phải có biện pháp tiêu phịng xói tiêu cụ thể làm sân tiêu bê tơng có lỗ nước thấm 2.3 Tính tốn diện cống a) Trường hợp tính tốn Chọn tính tốn trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần tháo với lưu lượng thiết kế ( ta khơng mở hết cửa van cống cịn làm nhiệm vụ nước) tiêu  QTK= Q max = 86 m3/s khống chế  ZTK= Z đồng = 3,60 m3/s TK  ZHL= Z sông= 3,38 m3/s Chênh lệch thượng hạ lưu: ∆ Z = ZTL – ZHL = 3,60 – 3,38 = 0,22m b) Chọn loại cao trình ngưỡng  Cao trình ngưỡng Đối với cống tiêu cống lấy nước tưới chênh lệch mực nước khống chế nhỏ, ta chọn ngưỡng thấp để tăng khả tháo Trong đồ án ta chọn ngưỡng cống ngang đáy kênh thượng lưu ∇ đk = - 1,00m  Hình thức ngưỡng Do chọn cao trình ngưỡng ngưỡng thấp nên chọn hình thức ngưỡng đập tràn đỉnh rộng Zhp HTL=4,6 -1,00 h=4,2 hn Hình Sơ đồ tính diện ngưỡng đỉnh rộng c) Xác định bề rộng cống Theo QPTL C8-76, đập chảy ngập hn > n.H0,  Hn = hh – P1 = 3,38 – (-1,00) = 4,38m α V 20 khống chế = Z đồng - Zđk = 3,60 – (-1,00) = 4,60m 2g n hệ số sơ lấy từ 0,75 ≤ n ≤ (0,83÷ 0,87), chọn n= 0,8 Từ n.H0= 0,8  H0 = H +  4,60 = 3,68m Do hn > n.H0, trạng thái chảy đập chảy ngập  Tính bề rộng cống Ʃb Từ cơng thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập Q= φ n φ g Ʃb h √ g ( H 0−h) Trong đó: φ n: hệ số lưu tốc, lấy theo trị số hệ số lưu lượng m’ Từ hình thức cửa vào ngưỡng, tra bảng 14-3 ( bảng tính thủy lực ), sơ chọn hệ số lưu lượng ngưỡng m= 0,35 Từ m= 0,35 tra bảng 14-4 ( bảng tính thủy lực ) ta chọn giá trị hệ số lưu tốc φ n=0,93 φ g= 0,5ε 0+ 0,5 Sơ chọn ε 0= 0,96 Hệ số co hẹp bên là: φ g= 0,5 0,96 + 0.5=0,98 Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, thường xảy chảy ngập Độ cao phụ hồi Zhp thường nhỏ, bỏ qua ta lấy gần h=hn= 4,38m Thay vào cơng thức tính lưu lượng, ta xác định bề rộng cống Q 86 Ʃb = = φn φg Ʃb h √ g (H 0−h) 0,93 0,98 4,38 √ 2.9,81(4,60−4,38) = 10,369m Chọn Ʃb = 11m Chia cống làm khoang, khoang b= 5,5m Các khoang cách mố trụ dày 1m Mố bên dày 0,5m Tiến hành tính lại giá trị φ n , φ g theo trị số m ε 0: ε 0= 11 Ʃb = = 0,846 Ʃb + Ʃd 11+( 0,5+1+ 0,5) Trong Ʃd: tổng chiều dài mố φ g= 0,5ε 0+ 0,5= 0,5 + 0,8333 + 0,5 = 0,92 Ʃb 11 Chọn góc mở rộng θ có cotgθ=1; ta có tỉ số β= B = = 0,73m, phụ thuộc vào chiều 15 BH cao ngưỡng P, độ co hẹp ε dạng mố, m tra theo bảng D.I Cumin (bảng 14-9 thuộc bảng tính thủy lực) sử dụng phương pháp nội suy chiều giá trị m= 0,336 Từ giá trị m tra được, tra tiếp bảng 14-4 có giá trị hệ số lưu tốc φ n = 0,98 Từ thay vào cơng thức tính bề rộng cống Q 86 Ʃb = = φn φg Ʃb h √ g ( H 0−h) 0,98 0,92 4,38 √ 2.9,81(4,60−4,38) = 10,58m Ta thấy kết chênh lệch không đáng kể nên chọn bề rộng cống Ʃb = 11m thỏa mãn Hình Mặt cống với mố trụ hai cửa cống  Kiểm tra lại trạng thái chảy cống Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập: Q 86  q= Ʃb = 10 = 7,8m3/m.s 2  hk= α q = 8,6 = 1,83m √ √  g 9,81 hn 4,38 hn = = 2,39 > ( ) (1,2 ÷ 1,4) hk 1,96 hk pg =  Thỏa mãn điều kiện chảy ngập Hình Trạng thái chảy ngập 2.4 Tính tiêu phịng xói a) Trường hợp tính tốn Tính tốn trường hợp tháo lưu lượng qua cống với chêch lệnh mực nước hạ lưu lớn Với loại công stieeu vùng triều, trường hợp mực nước triều hạ thấp ( chân triều); phía đồng mực nước khống chế Trường hợp thường tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống lớn lưu lượng thiết kế Tuy nhiên chế độ khơng trì khoảng thời gian dài   ống chế Z kh = 3,60m ( phía thượng lưu) đồng Z sơng = 0,10m (phía hạ lưu) b) Lưu lượng tính tiêu Vì cống đặt gần sơng nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc vào lưu lượng tháo qua cống Khi Qtt khả tháo lớn ứng với mực nước tính tốn chọn Vì vậy, Qtt = Q tiêu max = 86m /s c) Tính tốn kích thước thiết bị tiêu  Chọn biện pháp tiêu Có thể tiêu theo phương pháp đào bể làm bể tường kết hợp Trong đồ án với cống đất, tiến hành tiến hành tiêu phương pháp đào bể phương pháp hợp lý  Tính tốn kích thước bể tiêu ¿ Chiều sâu đào bể: d= σ hc – (hh – Z2) Trong đó: σ hệ số ngập sơ chọn 1,05 h c¿ độ sau liên hiệp sau nước nhảy Z2 chênh lệch đầu nước cuối bể vào kênh, tính đập tràn đỉnh rộng chảy ngập q2 q2 Z2= (1) g φ2n h 2h g ¿ ¿ ¿ ¿ Vì h c Z2 phụ thuộc vào d nên phải tính gần theo phương pháp thử dần H= 3,60 – (-1,00) = 4,60m Hh= 0,1 – (-1,00) = 1,10m Bỏ qua lưu tốc tới thượng lưu, ta có cột nước thượng lưu so với kênh hạ lưu E0= E= H0= H= 4,60m 86 = 8,6m2/s 10 q 7,8 = = 0,83 F(τ c ¿= φ E 02 0,95 4,60 q= Trong φ hệ số lưu tốc xác định theo bảng 15-1 bảng tính thủy lực E0 cột nước toàn phần thượng hạ lưu so với đáy sân sau mặt cắt co hẹp c-c Tra bảng 15-1 (các bảng tính thủy lực), từ giá trị F(τ c ¿ tính hệ số lưu tốc φ E0 cột nước toàn phần thượng lưu so với đáy sân sau mặt cắt co hẹp c-c  τ c= 0,21 => hc= τ c E0= 0,246 4,60= 0,96m ¿ ¿ ¿  τ c = 0,696 => h c = τ c E0= 0,696 4,60= 2,99m ¿  σ hc = 1,05 2,99= 3,13m ¿ Giả thiết lần 1: d0= σ hc – hh= 3,13-1,10= 2,03m  E'0 = E0 + d0= 4,60 + 2,03= 6,63m F(τ c ¿= q φ.E = 7,8 = 0,48 0,95 6,63 ¿ ¿ ¿  τ c = 0,551 => h c = τ c E0= 0,551 6,63= 3,65m ¿  σ hc = 1,05 3,65= 3,832m Thay giá trị tính vào biểu thức (1) Z2= 2,57m Từ giá trị d0= 3,832 – (1,10 + 2,57) = 0,16m Gải thuyết lần : d0= 0,162m '  E0 = E0 + d0= 4,60 + 0,162= 4,762m F(τ c ¿= q φ.E 7,8 = = 0,790 0,95 4,762 ¿ ¿ ¿  τ c = 0,672 => h c = τ c E0= 0,672 6,63= 3,23m ¿  σ hc = 1,05 3,23= 3,39m Thay giá trị tính vào biểu thức (1) Z2= 2,59m Từ giá trị d0= 3,832 – (1,10 + 2,51) = 0,142m Ta thấy d0 giả thiết ≈ d tt0 (1) ta giả thuyết lại giá trị d Vậy ta đào bể tiêu với độ sâu d0= 0,16m H E0 =H0 E0’ d0 hh Hình Nước nhảy cống tiêu Chiều dài bể tiêu Lb Lb= L1 + 0,8Ln Trong L1 chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu tính theo cơng thức Tréc tơ-Uxốp L1= 2√ hk ( P+0,35 h k ¿)¿  L1 = 2√ 3,23(0+ 0,35.3,23¿)¿ = 3,82m hk= H0= 4,60= 3,06m ¿ ln= 4,5h c = 4,5 3,23= 14,53m Vậy Lb= 3,82 + 0,8 14,53= 15,44m => Lấy Lb= 16m Bố trí phận cống 3.1 Thân cống Thân cống bao gồm đáy, trụ phận bố trí đón a) Cửa van Do lỗ cống tương đối lớn nên chọn bố trí cửa van cung Chọn thân cống dài 15m b) Tường ngực Tường ngực bố trí giảm chiều cao van lực đống mở  Các giới hạn tường ngực Cao trình đáy tường ngực Zđt= Ztt + δ Trong Ztt mực nước tính tốn diện cống, ứng với trường hợp mở hết cửa van chế ống chế độ chảy qua cống chảy không áp => Ztt= Z kh = 3,60 đồng δ độ lưu khơng có giá trị từ 0,5 ÷ 0,7 Lấy δ = 0,5 Vậy cao trình đáy tường ngực: Zđt= 3,60 + 0,5= 4,1m  Cao trình đỉnh thường Cao trình đỉnh thường lấy cao trình đỉnh cống TH1: Zđỉnh = Zsơng bình thường (MNDBT) + ∆ h + η s+ a TH2: Z'đỉnh= Zsơng bình thường (MNLTK) + ∆ h' + η s' + a ' Trong đó: ∆ h ∆ h' độ dềnh gió ứng với gió tính tốn lớn gió bình qn lớn η s η s' độ dềnh cao sóng ( có mức bảo đảm 1% ) ứng với gió tính tốn lớn gió bình qn lớn a a ' độ vượt cao an toàn Trường hợp 1: Xác định ∆ h η s ứng với gió tính tốn lớn Xác định ∆ h: ∆ h= 2.10-6 v2 D cosβ g H Trong đó: v vận tốc gió tính tốn lớn nhất, v=28 m/s D chiều dài truyền sống ứng với Zsông bình thường, D=200m/s g gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2 H chiều cao cột nước cống H= ZTK sông – Zđk = 3,38 – (-1)= 4,38 m β góc kẹp trục dọc hồ hướng gió, β = 0ᵒ ´λ 3,181 = =0,726 H 4,38 từ tra k ηs =1,24 h 0,369 = =0,116 ´λ 3,181 Từ η s= k ηs h=1,24 0,369=0,457 m }  Zđỉnh= 4,38+0,007+0,457+0,5= 5,338m Trường hợp 2: Xác định ∆ h η s' ứng với gió bình qn lớn ∆ h= 2.10-6 Xác định ∆ h v2 D cosβ g H Trong đó: v vận tốc gió tính tốn lớn nhất, v=14 m/s D chiều dài truyền sống ứng với Zsơng bình thường, D=300m/s g gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2 H chiều cao cột nước cống H= Z max sông – Zđk = 6,20 – (-1)= 7,20 m β góc kẹp trục dọc hồ hướng gió, β = 0ᵒ 14 300 cos ᵒ= 0,0016 m 9,81.7,20 Xác định η s độ dềnh cao sóng η s= k η h s 1% ∆ h= 2.10-6 s Trong k η tra đồ thị P2-3, k η = f( s s ´λ H , ) H ´λ h s 1% chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo λ chiều dài sóng Giả thiết trường hợp xét sóng nước sâu ( H > 0,5 λ ) Ta có nước t thời gian gió thổi liên tục Do khơng có tài liệu nên ta lấy t=6h ¿ = 9,81.6 3600 =15135,43 v 14 g D 9,81.300 = =15,02 v2 14 ¿ g D v2 g h´ =0,042 ¿ v (1) Ứng với v = 15135,43 ta có g ´τ =2,72 v Tra hình P2-1 ứng với giá trị v , } Ứng với g D = 2,503 ta có v2 g h´ =0,0125 v2 (2) g ´τ =1,29 v } So sánh (1) (2) chọn cặp giá trị (2) Từ tính giá trị 0,0027 v 0,0125 142 = =0,250 m h´ = 9,81 9,81 0,50 v 1,29 14 τ´ = = =1,841 s 9,81 9,81 ´2 ´λ= g λ = 9,81 1,841 =5,294 m π 2.3,14 Vậy có: H=4,38m > 0,5 λ =2,647m Vậy điều kiện giả thiết Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo 5%: h s %=k5% h´ g D = 15,02 ta có k s %= 1,917 v2 h s %=1,712 0,216=0,492 m Từ giá trị h s % ´λ tra đồ thị P2-4 giá trị k ηs ´λ 3,181 = =0,726 H 4,38 từ tra k ηs =1,208 h 0,369 = =0,116 ´λ 3,181 Từ η s= k ηs h=1,208 0,492=0,505 m Tra đồ thị P2-2 ứng với }  c)    Zđỉnh= 7,20+0,0016+0,505+0,5 =8,206m Chọn cao trình đỉnh tường ngực Zđ= max(Zđỉnh, Z'đỉnh) Vậy chọn đỉnh tường ngực có cao trình ZĐ= +8,3 có cao trình đáy tường ngực 4,1m Kết cấu tường Gồm mặt dầm đở Chiều cao tường ngực Htường = Zđỉnh – Zđáy tường = 8,3 – 4,1= 4,2m Cần bố trí hai dầm ( đỉnh đáy tường) Bản mặt đổ liền khối với dầm, sơ chọn chiều dày mặt 0,2m Cầu công tác Cầu công tác nơi đặt máy đóng mở thao tác van Chiều cao cầu cơng tác cần tính tốn để đảm bảo kéo hết cửa van lên khoảng khơng cần thiết để đưa van khỏi vị trí cống cần Kết cấu bao gồm mặt, dầm đở cột chống Kích thước phận cầu cơng tác chọn sau: Chiều cao cầu 6,5m Bề rộng cầu 3m Chiều cao lan can 0,8m d) Khe phai cầu thả phai Thường bố trí phía đầu cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang cống khô cần sửa chữa Với cống lớn, cầu thả phai cần bố trí đường ray cho cần cẩu thả phai e) Cầu giao thơng Đặt dầm cầu lên cao trình cao trình đỉnh cống Dầm cầu coa 50cm, bề dày mặt cầu 30cm Zmặt cầu = 8,3+0,5+0,3= 9,1m Theo yêu cầu giao thông, bề rộng mặt cầu 6m Cầu giao thơng đặt vị trí cho không ảnh hưởng đến việc thao tác van phai f) Mố cống Bao gồm mố mố bên mố bố trí khe phai phận đở trục quay van cung (tai van) Mố bên có chiều dày phải đủ lớn để chịu áp lực đất nằm ngang, chọn d ’= 0,5m Chiều cao mố bên hmố = Zđỉnh – Zđáy =8,3 – (-1)= 9,3m Mố có chiều cao 9,3m, chọn moos có chiều dày d= 1m Hình dạng đầu mố lượn trịn để đảm bảo điều kiện thuận dịng Chiều cao mố chọn khơng đổi từ thượng lưu hạ lưu g) Khe lún Do cống rộng nên cần dùng khe lún để phân cống thành mảng độc lập Bề rộng mãng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, song thường khơng vượt q 15÷20m Mỗi mảng gồm 1,2 hay khoang Các mảng bố trí giống để tiện thiết kế, thi công quản lý Khe lún thường bố trí mố giữa, mố có chứa khe lún mố kép Trên khe lún có bố trí thiết bị chống rị rỉ nước, lỗ để đổ nhựa đường h) Bản đáy Chiều dài đáy cần thỏa mãn điều kiện thủy lực, ổn định cống yêu cầu bố trí bên Ta thường chọn chiều dài đáy theo yêu cầu bố trí kết cấu bên trên, sau kiểm tra lại tính tốn ổn định chống độ bền Sơ chọn L=15m Chiều dày đáy chọn theo điều kiện chịu lực phụ thuộc vào bề rộng khoang cống, tải trọng bên tính chất đất Chiều dày đáy thường chọn theo kinh nghiệm, sau xác hóa tính kết cấu đáy Sơ chọn chiều dày đáy δ =1 m 3.2 Đường vèn thấm Bao gồm đáy cống, sân trước, cừ, chân khay Kích thước đáy cống chọn trên, cịn kích thước phận khác chọn a) Sân trước Vật liệu làm sân đất sét, sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum Chiều dài sân sân: Được xác định theo cơng thức Ls≤(3 ÷ 4)H Trong ống chế −Z H cột nước tác dụng lên cống, H= Z kh đồng sông= 3,60 – 0,10= 3,5m Vậy chiều sân trước phải thỏa mãn điều kiện: Ls≤(3 ÷ 4).3,5= (10,5 ÷14 ) Chọn chiều dài sân trước 12m Chiều dày sân trước Khi sân đất sét hay đá sét thường làm chiều dày thay đổi từ đầu đến cuối sân  Chiều dày đầu sân thường lấy theo điều kiện cấu tạo: chọn t= 0,5m ∆H  Chiều dày cuối sân xác định theo yêu cầu chống thấm t2≥ [ J ] Trong đó: ∆ H độ chênh lệch mặt nước mặt sân ( ) [ J ] gradient thấm cho phép giá trị [ J ] ¿ ÷6 Từ chọn J= t2≥ 3,5 = 0,87 Vậy chọn sơ t2= 1m b) Bản cừ Vị trí đặt Khi cống chịu tác dụng đầu nước cột nước chiều, thường đóng cừ đầu đáy Khi cống chịu tác dụng đầu nước hai chiều đóng cừ phía đầu nước cao Đồ án thiết kế cống làm nhiệm vụ: tiêu nước, ngăn triều giữ tức cống chịu tác động đầu nước cao Trong trường hợp ta cần kiểm tra ổn định cống cột nước thay đổi Chiều sâu đóng cừ Tùy theo chiều dày tầng thêm vật liệu làm cừ điều kiện thi công ta thấy tầng thấm dày ta làm cừ treo Đóng hai cừ đầu cuối đáy cống, Đầu đáy cống đóng cừ S1= 4m Cuối đáy cống đóng cừ S2= 6m c) Chân khay Hai đầu đáy cần làm chân khay cắm sâu vào để tăng ổn định góp phần kéo dài đường viền thấm Kích thước chân khay hình vẽ 0.5 0.5 0.5 Hình kích thước chân khay d) Thốt nước thấm Các lỗ nước thấm thường bố trí sân tiêu phần sau bể tiêu năng, để giảm áp lực đẩy nổi, sân bể bố tri tầng lọc ngược Đường viền thấm tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược Trường hợp cống làm việc với cột nước chiều, sử dụng đoạn sân tiêu không đục lỗ (đoạn giáp với đáy) Đoạn đóng vai trị sân trước cột nước đổi chiều e) Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm Hình Kích thước đường viền thấm Theo công thức: Ltt≥ C.H Trong Ltt chiều dài tính tốn đường viền thấm tính theo phương pháp Len Ltt= Lđ+ Ln m Lđ chiều dài tổng cộng đoạn thẳng đứng đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn 45o Lđ= 0,5+0,5+4+4+0,5+0,5+6+6= 22m Ln chiều dài tổng cộng đoạn nằm ngang đoạn xiên góc nhỏ 45o ( bao gồm đoạn nằm ngang bể tiêu khơng đục lỗ nước) Ln= 12+5= 27m Do có hai hàng cừ nên hệ số m=2 Vậy chiều dài tính tốn đường viền thấm Ltt = 22+ 27 = 35,5m Cột nước lớn tác dụng lên cống H= Z max sông−Z đồng =6,20−1,00=5,20 m C: hệ số phục thuộc loại đất Tra bảng P3-1 ta có C = Ltt¿ 35,5 ≥ C.H= 5,2= 26m  Thỏa mãn điều kiện độ dài đường viền thấm 3.3 Nối tiếp cống với thượng lưu a) Nối tiếp thượng lưu Góc mở tường phía trước, chọn góc tgθ = , hình thức tường cánh tường xoắn vỏ đỗ nối tiếp với kênh thượng lưu ( phụ thuộc vào quy mô cống ) Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói ( đá xây khan xây hồ dày 0,3÷ 0,5m).chiều dày lớp phủ khoảng ( 3-5)H1 chiều sâu nước chảy cống Trường hợp có sân phủ chống thấm lớp bảo vệ phải dày sân chống thấm Phía lớp đá bảo vệ cần tầng đệm dăm cát dày 10-15cm b) Nối tiếp hạ lưu Tường cánh: chọn phương án tường cánh xoắn võ đỗ Chọn góc mở nhỏ so với góc mở tường cách thượng lưu, chọn tg¿ Sân tiêu năng: Thường bê tơng đổ chỗ có bố trí lỗ nước Chiều dày sân xác định theo công thức Đômbropxiki t = 0,15 V1.√ h1 Trong đó: h1 =σ h'c' = 3,39m V1 lưu tốc chỗ đầu đoạn nước nhảy Q 86 V1= b h = 11.3,51 =2,30 m/ s Chiều dày sân tiêu t= 0,15 2,30 √ 3,39 = 0,63m Sân sau: Làm đá xếp bê tơng có đục lỗ nước, phía có tầng đệm theo hình thức lọc ngược Chiều dài sân sau xác định theo kinh nghiệm Lss = K.√ q √ ∆ H Trong q lưu lượng đơn vị cuối sân tiêu Q 86 q= B = = 5,05m2/s.m 17 BH ∆ H : chênh lệch cột nước thượng lưu ống chế ∆ H =Z kh −Z đồng sông =3,60−0,10=3,50m K: hệ số phụ thuộc tính chất lịng kênh Đất lòng kênh đất cát pha nên K=10 Vậy cần xây sân sau có chiều dài Lss = 10.√ 5,05 √ 3,50 = 30,73m Tính tốn thấm đáy cống 4.1 Những vấn đề chung a) Mục đích Mục đích tính tốn thấm để xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đâye ngược lên đáy cống Wt Gradient thấm J Do đặc điểm cống nên cần xác định W t J b) Trường hợp tính tốn Đồ án tính thấm với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn ∆ H =Z max sơng −Z sơng =6,20−0,1=5,1 m Hình Chênh lệch độ cao mực nước thượng hạ lưu c) Phương pháp tính Phương pháp vẽ lưới thấm tay Phương pháp đường thẳng Phương pháp hệ số sức kháng 4.2 tính tốn thấm cho trường hợp chọn a) vẽ lưới thấm Đường dòng trùng với đáy cống qua biên cừ hình vẽ Đường dịng cuối đường biên lớp đất sét Đường trùng với biên tầng lọc ngược đáy bể hạ lưu Đường cuối mặt cắt nằm ngang Hình Lưới thấm vẽ tay Theo hình vẽ ta có Số dải đường : n=16 Số ống dòng m= b) Dùng lưới thấm xác định đặc trưng dòng thấm Cột nước thấm qua dải đường ∆ H= ∆ H 5,1 = =0,318 n 16 Tổn thất cột nước điểm x cách đường cuối i dải h x =i ∆ H = i ∆H n Với iA= 8,5 iB= 2,5 Điểm A: hA= 8,5 0,318= 2,703m Điểm B: hB= 2,5 0,318= 0,795m Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược tác dụng lên cơng trình Hình Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược Áp lực thấm đảy ngược tác dụng 1m lên bề rộng cơng trình Wth= γ n hA 2,703+0,795 15=26,23T /m Lbđ= hB Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng cơng trình Wtt= γ n(h2+t).L= 1.(1,1+1).15= 31,5 T/m Vậy tổng áp lực đẩy ngược: W= Wth+Wtt= 26,23+31,5= 57,73 T/m Gradient thấm cửa ∆h ∆H 5,1 = = ∆ S n ∆ L 16 ∆ L Tại điểm 1: ∆ L= 0,85m Jtb1= 0,375 Tại điểm 2: ∆ L= 1,35m Jtb2= 0,236 Tại điểm 3: ∆ L= 1,95m Jtb3= 0,163 Tại điểm 4: ∆ L= 2,65m Jtb4= 0,120 Tại điểm 5: ∆ L= 3,85m Jtb5= 0,082 Tại điểm 6: ∆ L= 5,35m Jtb6= 0,059 Tại điểm 7: ∆ L= 7,25m Jtb1= 0,043 Jtb= Hình 10 Biểu đồ Gradient thấm Jr Từ biểu đồ xác định được: cho phép J max =0,4 =0,375< J Vậy khơng có khả xói ngầm 4.3 Kiểm tra độ bền thấm Độ bền thấm tính tốn theo TCVN 4253-86 a) Kiểm tra độ bền thấm chung J TB JTB≤ K Kn Trong đó: JTB gradient cột nước trung bình vùng thấm tính tốn J TB K gradient cột nước tới hạn trung bình tính tốn, lấy theo bảng P 2-3 đồ án mơn học Thủy công J TB K = 0,25 K n hệ số tin cậy K n= 1,2 Trị số JTB xác định theo phương pháp viện VNIIG JTB = H T tt ∑ ξ i Trong H cột nước tác dụng Ttt chiều sâu tính tốn ∑ ξi tổng hệ số sức cản đường viền thấm tính theo P.P Trugaep Hình 11 Sơ đồ đường viền thấm Theo sơ đồ ta có: L0 hình chiếu ngang đường viền thấm, L0 = 42,3m S0 hình chiếu đứng đường viền thấm, S0 = 10m Tỉ lệ L0 42,3 = =4,23 S0 10 Tra bảng 2-1 ( giáo trình thủy cơng tập 1), ta Ttt = 2,5 S0 = 2,5 10= 25m Ta có: ∑ ξ = ∑ ξ v + ∑ ξ n1 + ∑ ξcừ +∑ ξn + ∑ ξ S T3 0,5 19 =0,44+ 1,5 + =1,121 S 19 1−0,75 1−0,75 T3 19 6+4 Khoảng cách hàng cừ L= 15m > = Vậy ta có L−0,5.( S1 + S2 ) 15−0,5(6+4 ) ξ n 1= = = 0,556 T2 18 0,5 S ξ v = 0,44+1,5 + T3 Ta có T 2= 18m, T 1= 18,25 ( lấy trung bình ) nên thỏa điều kiện 0,5≤ ≤ T2 ≤1 T1 S1 ≤ 0,8 Vậy ta có T1 S1 T1 S a 0,5 18,25 ξ cừ = + 1,5 + = +1,5 + =0,48 T2 T1 S 18 18,25 1−0,75 1−0,75 18,25 T1 0+4 =2 Chiều dài sân trước L= 12m > L−0,5.( S1 + S2 ) 15−0,5( 0+4 ) ξn2 = = = 0,548 T1 18,25 0,5 0,5 Tại cửa ta có a 0,15 =0,44+ =0,466 T0 19 Vậy ∑ ξ = ∑ ξ v + ∑ ξ n1 + ∑ ξcừ +∑ ξn + ∑ ξ ra= 1,121+0,556+0,488+0,548+0,466= ξ =0,44 + 3,178 H 5,1 JTB = T ξ = 25.3,178 =0,064 tt ∑ i J TB 0,25 K = =0,2083 K n 1,2 Vậy JTB = 0,064 ≤ J TB K =0,2083 Thỏa mãn điều kiện Kn b) Kiểm tra độ bền thâm scucj Kiểm tra theo cơng thức Jra≤Jk Trong Jra trị số gradient cục cửa ra, xác định theo kết tính trên, J ra= 0,386 Jk trị số gradient tới hạn cục bộ, phụ thuộc vào hệ số khơng hạt η= phục P3-1, ta có Jk = 0,51 Vậy Jra < Jk thoải mãn điều kiện d60 = tra d10 Tính tốn ổn định cống 5.1 Mục đích trường hợp tính tốn a) Mục đích trường hợp tính tốn Kiểm tra ổn định cống trượt lật, đẩy Trong đồ án giới hạn tính tốn việc kiểm tra ổn định trượt b) Trường hợp tính tốn Các trường hợp bất lợi xảy với cống  Mới thi cơng xong, cố chứa có nước  Mực nước phía đồng lớn mực nước sơng nhỏ  Mực nước phía sơng lớn nhất, mực nước phía đồng nhỏ Trong đồ án tiến hành tính tốn kiểm tra với trường hợp chênh lệch mực nước thượng lưu lớn max ∆ H =Z sông −Z sông =6,20−0,1=5,1 m 5.2 a)   Trong thực tế, thi công phân thành nhiều mảng khớp lún cần kiển tra cho tất khớp lún Trong đồ án kiểm tra cho mảng Tính tốn ổn định trượt cho trường hợp chọn Xác định lực tác dụng lên mảng tính tốn Các lực đứng Bao gồm trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cửa van, tường ngực, mố cống, đáy, nước cống( có), phần đất chân khay ( phạm vị khối trượt ) lực đẩy ngược ( thấm thủy tĩnh ) Trọng lượng đáy Chiều rộng đáy cống B= ∑ b+ ∑ d g+ ∑ d b=11+ 1+ 1=13 m Diện tích mặt cắt ngang F= 15.1+2 ( 1+ 0,5 ) 0,5 = 15,75m Hình 12 Kích thước bán đáy Thể tích bê tơng V= F.B= 15,75.13=204,75m3 Trọng lượng đáy G1= γ b V = 2,4 204,75= 491,4T  Trọng lượng trục Chiều cao trục pin H= 8,3 – (-1)= 9,3m Diện tích mặt cắt F= 1.12+ π 052 = 11,785m2 Thể tích trụ V= H.F= 9,3 12,785= 118,900m3 Trọng lượng trụ G2= γ b V = 2,4 118,900= 285,36 T  Trọng lượng trụ bên Chiều cao trụ bên chiều cao trụ pin H= 9,3m π 0,52 +11 0,5=5,89 m2 Trọng lượng trụ bên G3= γ b F H = 2,4 5,89 9,3= 131,464T Diện tích mặt cắt F=      Hình 13 kích thước cầu giao thơng Trọng lượng cầu giao thơng Chiều dài cầu L= 17m Diện tích mặt cắt ngang cầu F= 6.0,3+2.0,4.0,5+2.0,4.0,55+2.0,8.0,05= 2,72m2 Thể tích cầu giao thông V= L.F= 17.2,72= 46,24m3 Trọng lượng cầu giao thông G4=γ b V = 2,4.46,24= 110,976T Trọng lượng cầu công tác Chiều dài cầu công tác L= 14m Diện tích mặt cắt F= 3.0,3+2.3.0,2+2.1,65.0,3+2.2,2.0,3+2.1,95.0,3=5,58m2 Thể tích cầu cơng tác: V= F.L = 13.5,58= 72,54m3 Trọng lượng cầu công tác: G5= 2,4.72,54= 174,096T Trọng lượng cửa van Cửa van làm thép: Gcv= g.H.l0 Trong l0 chiều rộng cửa van, l0= bv +0,3 = 5,5+0,3= 5,8m H chiều cao cửa van, H= Zđt + 0,5= 4,1+0,5= 4,6m Hc cột nước tính tốn tâm lỗ cống, H0= 2,08m g trọng lượng phần động cửa van phẳng tính cho 1m2 lỗ cống 3 g= 600(√ hc l 20−1¿=600( √ 2,08.5,8 2−1)=1872,43 N /m2 Trọng lượng cửa van Gcv= g.H.l 0= 1872,43.4,60.5,8= 49956,43N= 5,0941T Trọng lượng cửa van G6= Gcv= 2.5,094= 10,188T Trọng lượng nước cống Trọng lượng phía thượng lưu γ G TL N =G = V n= 11.2,984.7,30.1= 239,61T Trọng lượng phía hạ lưu γ G HL N =G = V n= 11.10,782.1,92.1= 227,71T Áp lực thấm đẩy ngược Gthấm= G8= Wthấm (∑ b+ ∑ d ¿ ¿= 26,23 (11+2)=340,99T Áp lực thủy tĩnh Gthủy tĩnh= G9= Wtt (∑ b+ ∑ d ¿ ¿= 31,5 (11+2)= 409,5T Trọng lượng phần đất chân khay Thể tích khối đất: V= 13+14 0,5 14=94,5 m3 Trọng lượng riêng đất bảo hòa γ bh=γ k + ε 0,61 γ n=1,52+ 1=1,9T /m ε +1 0,61+1 Trọng lượng riêng khối đất G10= 1,9.94,5 = 179,55T  Trọng lượng tường ngực Chiều cao tường ngực H= 4,2m Diện tích mặt cắt F= 4,2.0,2+2.0,2.0,2= 0,92m2 Thể tích trụ V=∑ b F = 0,92.11= 10,12m3 Trọng lượng tường ngực G11= γ b.V= 2,4.10,12= 24,288T  Các lực ngang Áp lực nước thượng, hạ lưu ; áp lực đất chủ động chân khay thượng lưu (E ctl), áp lực đất bị động chân khay hạ lưu ( Ebhl) - Áp lực nước thượng lưu Xác định theo áp lực thủy tĩnh 2 2 E12= γ n.htl b= 7,20 11=285,12T Áp lực nước hạ lưu Xác định theo áp lực thủy tĩnh 2 2 E13= γ n.h hl b= 1,1 11= 6,655T b) Xác định áp lực đáy móng Theo sơ đồ nén lệch tâm σ= ∑ P +∑ M F W Trong ∑ P tổng lực đứng ∑ M tổng momen lực tác dụng lên mảng lấy đôi với tâm mảng F diện tích đáy mảng W mơ đun chống uốn đáy mảng T T Lực tác dụng Bản đáy Trụ Trụ bên Cầu giao thông Cầu công tác Cửa van Nước cống TL G1 G2 G3 G4 Trị số (+)P(tấn (-)Q(tấn) ) 479,4 285,36 131,464 110,976 Momen với tâm O CT M0 (m) đòn(m) 0 0 0 -2,421 -268,673 G5 174,096 3,416 41,163 G6 G7 10,188 239,61 3,416 6,0008 41,163 1570,482 Kí hiệu Nước cống HL Áp lực thấm Áp lực thủy tĩnh Đất chân khay Tường ngực Áp lực nước TL Áp lực nước hạ lưu Tổng 10 11 12 13 14 G7’ 227,71 -2,109 -523,912 G8 -340,99 2,5 -970,922 G9 -409,5 0 G10 179,55 0 G11 24,28 4,779 127,725 E12 -285,12 2,973 -950,587 E13 6,655 1,18 26,1 1112,23 -278,465 Bảng Kết tính tốn lực tác dụng Theo sơ đồ nén lệch tâm σ max= ∑ P + ∑ M = ∑ P ¿) F W ∑ P +∑ M 0= σ min= F W F ∑ P ¿) F Trong ∑ P tổng lực đứng ∑ M tổng momen lực tác dụng lên mảng lấy đôi với tâm mảng F diện tích đáy mảng, F=B.L= 14.15=210m2 W mô đun chống uốn đáy mảng e độ lệch tâm, e 0= ∑ M =−308,165 =−0,312 ∑ P 986,882 Vậy 986,882 ¿) = 5,328T/m2 210 986,882 σ min=¿ ¿)= 4,071T/m2 210 σ max=¿ = Ta có sơ đồ phân bố tải trọng đáy móng c) Tính tốn trượt phẳng Ổn định cống trược đảm bảo : n c.Ntt≤ m K n R(*) -308,165 Trong n c hệ số tải trọng, n c =1 m hệ số điều kiện làm việc, m=1 Kn hệ số tin cậy Kn= 1,2 CI lực dính đơn vị đất nền, CI = 0,3T/m2 Ntt giá trị tính tốn lực tổng quát gây trượt Ntt= TTL-THL= 319,14-22,118= 297,622T R giá trị tính tốn lực chống giới hạn R = ∑ P tgφ 1+ F C I =986,882 tg18+210.0,3=383,657 T Thay vào (*) ta n c.Ntt¿ 297,622≤ m K n R= 319,714 Kết luận: cống không bị trượt hay đáy cống ổn định trượt thẳng Phần III: Kết Luận Qua đồ án em hiểu rõ cơng việc thiết kế cơng trình thủy lợi nói chung quy trình thiết kế cống lộ thiên phục vụ yêu cầu tưới tiêu nói riêng Và yêu cầu kỹ thuật trình thiết kiết Trên dây toàn bọ nội dung đồ án mà em giao Do trình độ có hạn nên q trình làm khơng thể tránh sai sót chủ quan, em mong có bảo thầy cô môn để em có điều kiện khắc phục sai sót mắc phải Cuối em chân thành cảm ơn cô hướng dẫn em hoàn thành đồ án ... 4253-86 a) Kiểm tra độ b? ??n thấm chung J TB JTB≤ K Kn Trong đó: JTB gradient cột nước trung b? ?nh vùng thấm tính tốn J TB K gradient cột nước tới hạn trung b? ?nh tính tốn, lấy theo b? ??ng P 2-3 đồ án môn... cống B= ∑ b+ ∑ d g+ ∑ d b= 11+ 1+ 1=13 m Diện tích mặt cắt ngang F= 15.1+2 ( 1+ 0,5 ) 0,5 = 15,75m Hình 12 Kích thước b? ?n đáy Thể tích b? ? tơng V= F .B= 15,75.13=204,75m3 Trọng lượng đáy G1= γ b V... 3,23= 14,53m Vậy Lb= 3,82 + 0,8 14,53= 15,44m => Lấy Lb= 16m B? ?? trí phận cống 3.1 Thân cống Thân cống bao gồm đáy, trụ phận b? ?? trí đón a) Cửa van Do lỗ cống tương đối lớn nên chọn b? ?? trí cửa van