Kờnh dẫn thượng lưu

Kờnh dẫn thượng lưu cú mặt cắt hỡnh thang dựng dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn, cỏc thụng số của kờnh như sau:

- Bề rộng đỏy kờnh thượng lưu B = 17m

- Chiều cao kờnh thay đổi theo cao trỡnh mặt đất tự nhiờn của tuyến kờnh dẫn.

17 m

m = 1 m = 1

Hỡnh 3.5 : Kờnh dẫn thượng lưu.

3.3.2. Tường cỏnh và sõn trước ngưỡng.

Tường cỏnh và sõn trước ngưỡng làm nhiệm vụ hướng dũng chảy thuận vào ngưỡng tràn và bảo vệ bờ đất hai bờn.

- Tường cỏnh cú cỏc thụng số thiết kế như sau: + Chiều dài tường: Lt=15m.

+ Gúc mở tường cỏnh: α=100.

+ Chiều cao tường tăng dần theo hướng dũng chảy, cao nhất = ngưỡng tràn. + Chiều dày tường thiết kế theo dạng chống lại ỏp lực nước tỏc dụng lờn tường, do đú chiều dày tường tăng dần từ trờn xuống dưới (1.0mữ1.5m).

+ Tường làm bằng bờ tụng cốt thộp M250, tỏch rời bản đỏy sõn trước. + Chiều dày bản đỏy sõn trước t = 0,2 m.

3.3.3. Ngưỡng tràn đỉnh rộng.

+ Cao trỡnh ngưỡng = +11,5. + Chiều dài ngưỡng = 17 m.

+ Bề rộng ngưỡng = 15m + Chiều dày bản đỏy = 1m.

+ Ngưỡng tràn chia làm 2 khoang tràn nước (2x7m), làm bằng BTCT M250.

+ Chiều cao tràn so với sõn trước là P1= 0,7m.

3.3.4. Trụ pin (mố trụ).

Bề rộng tràn tương đối lớn nờn để giảm khối lượng cửa van và tăng ổn định cho tràn và cầu giao thụng phớa trờn ta bố trớ một trụ pin chớnh giữa tràn chia tràn thành 2 khoang (2x7m). Cao trỡnh đỉnh trụ pin = cao trỡnh đỉnh đập.

+ Chiều dài trụ pin = 17m. + Chiều dày trụ pin: d =1m, mố lượn trũn.

3.3.5. Trụ bờn (mố bờn).

Trụ bờn thiết kế chịu ỏp lực đất nờn mặt cắt trụ bờn cú dạng tường chắn đất. + Chiều dài trụ bờn = 17 m; Chiều dày: Phớa trờn đỉnh = 1m; phớa dưới = 1.5m.

3.3.6. Cầu giao thụng.

Để thuận tiện cho việc đi lại trong quỏ trỡnh quản lớ, vận hành ta bố trớ cầu giao thụng. Cầu giao thụng được bố trớ phớa cuối ngưỡng tràn để khụng cản trở việc vận hành cửa van cung và cầu thả phai.

Hỡnh 3.6 : Cầu giao thụng.

3.3.7. Cửa van cung bằng thộp.

Để giảm lực đúng mở cửa van ta chọn cửa van cung. Cửa van cung là loại cửa van cú bản chắn nước cong mặt trụ. Sau tấm chắn nước là hệ thống dầm tựa vào càng, chõn càng tựa vào trục quay gắn vào trụ. Chuyển động khi nõng hoặc hạ cửa van là chuyển động quay.

- Ưu điểm: Lực mở nhỏ, mở nhanh và dễ dàng, điều tiết lưu lượng khỏ tốt, dũng chảy thuận, trụ cú thể làm mỏng so với van phẳng vỡ khe van nụng.

+ Chiều rộng cửa van bằng chiều rộng cửa tràn nước của mỗi khoang Bv=7m.

+ Chiều cao van: lấy cao hơn MNDBT khoảng an toàn a = 0,5m. → Hv = 3,5 m.

+ Bỏn kớnh cong: lấy trong khoảng (1,2ữ1,5)Hv = (4,2ữ5,25) chọn bỏn kớnh cong của cửa van Rv=5m.

+ Trọng lượng mỗi cửa van: G1v= 1500.F.4 F (N). (4-17) Trong đú: F -là diện tớch bản chắn nước, được tớnh theo cụng thức sau:

F = 0.2 . . 49 .2.3,14.7.5 29,92

360α π R Bv v =360 = m2.

α - gúc tại tõm cung bản chắn nước α = 490.

Rv - bỏn kớnh của cửa van cung Rv = 5 m. Bv - bề rộng cửa van, Bv =7 m.

→ 4

1V 1500.29,92. 29,92 104964,69

G = = (N) = 10,49 (tấn) → ∑Gv =20,98

(tấn).

Điểm đặt của trọng tõm cửa van nằm trờn đường phõn giỏc của gúc ở tõm bản mặt và cỏch tõm bản mặt một đoạn l0 = 0.8Rv = 0,8.5 = 4 (m).

→ Khoảng cỏch theo phương ngang từ trọng tõm Gv đến tõm quay O là:

0 49 .cos 4.cos 3, 64 2 2 v l =l β = = (m). 3.3.8. Cầu cụng tỏc.

Cầu cụng tỏc là nơi đặt mỏy đúng mở cửa van. Cầu cụng tỏc phải đảm bảo khi kộo hết cửa van lờn vẫn cũn một khoảng trống đủ để đưa van ra khỏi vị trớ tràn khi cần thiết. Kết cấu cầu cụng tỏc bao gồm bản mặt, cỏc dầm đỡ, cỏc cột trụ. Cao trỡnh đỉnh cầu cụng tỏc phụ thuộc vào kớch thước cửa van, cao trỡnh đỉnh trụ, kớch thước dầm, bản mặt cầu cụng tỏc…Tớnh cao trỡnh đỉnh cầu cụng tỏc theo cụng thức sau:

ct cv Hv d a

∇ = ∇ + + + (3-18)

+∇cv: cao trỡnh đỏy cửa van ở vị trớ cao nhất khi mở hoặc khi lắp rắp, sửa

cv

∇ = MNLTK + 0.5 = 14,5+ 0,5= +15m. + Hv: Chiều cao cửa van Hv = 3,5 m.

+ d: kớch thước bộ phận chuyền động, dầm, bản mặt cầu cụng tỏc, chọn d =1m.

+ a: độ cao an toàn lấy bằng 0,5m.

Thay vào (4-18) ta được :∇ct= 15 + 3,5 + 1+ 0,5 = 20 m.

Bề rộng cầu = 3m.

3.3.9. Cầu thả phai.

Bố trớ ở phớa trước cửa van. Trờn cầu thả phai bố trớ đường ray cho cần cẩu thả phai. Khụng gõy cản trở việc vận hành cửa van.

3.3.10. Dốc nước.

Dốc nước nối tiếp ngay sau ngưỡng tràn cú cỏc thụng số thiết kế sau: + Mặt cắt ngang chữ nhật,

+ Chiều dài : L = 80 m + Chiều rộng : Bdốc = 15 m. + Độ dốc đỏy: i = 0,09

+ Cao trỡnh đầu dốc : +11,5 m, cao trỡnh cuối dốc: +4,3 m. + Chiều dày bản đỏy dốc nước : t = 0,5m.

+ Dốc nước được làm bằng bờ tụng cốt thộp M250.

+ Tường bờn của dốc nước được làm bằng bờ tụng cốt thộp M250, nối liền với trụ bờn của ngưỡng tràn.

3.3.11. Tiờu năng.

Sử dụng hỡnh thức tiờu năng là bể tiờu năng. + Chiều dài bể : Lb = 21,7 m.

+ Chiều cao bể : hb = 5,4 m. + Bề rộng bể : Bbể = 15m + Chiều sõu đào bể d = 0,95m

+ Bản đỏy bể làm bằng BTCT mỏc M250 cú chiều dày = 0,5m , đục lỗ thúat nước cú đường kớnh 5cm, mỗi lỗ cỏch nhau 1,5m theo phương dũng chảy, bờn dưới bố trớ tầng lọc ngược.

3.3.12. Kờnh hạ lưu.

Kờnh hạ lưu cú mặt cắt hỡnh thang, dài khoảng 100 m, cú cỏc thụng số sau : + Hệ số mỏi kờnh : m = 1

+ Bề rộng đỏy kờnh : Bk = 15 m. + Độ dốc kờnh : i = 0,0002.

+ Cao trỡnh đỏy kờnh = +4,3m

3.3.13. Bố trớ khớp nối và khe lỳn:

- Khe lỳn: được bố trớ để cỏc bộ phận của tuyến tràn làm việc độc lập nhau, trỏnh mất ổn định của toàn tuyến tràn khi một bộ phận gặp sự cố. Khe lỳn cũn cú ớch cho việc phõn chia khoảnh đổ trỏnh phỏt sinh khe lạnh khi thi cụng bờ tụng.

- Khớp nối: Bao gồm cỏc khớp nối ngang và khớp nối dọc được bố trớ tại cỏc vị trớ của khe lỳn, làm nhiệm vụ liờn kết cỏc bộ phận liền kề và chống thấm.

3.4. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÁC BỘ PHẬN CỦA TRÀN.

3.4.1. Tớnh toỏn ổn định ngưỡng tràn.

3.4.1.1. Cỏc trường hợp tớnh toỏn.

+ Thượng lưu là MNDBT, cửa van đúng hoàn toàn, cỏc thiết bị làm việc bỡnh thường (tổ hợp tải trọng cơ bản).

+ Thượng lưu là MNDBT, cửa van đúng, cú động đất, cỏc thiết bị thấm và thoỏt nước hoạt động bỡnh thường. (tổ hợp tải trọng đặc biệt).

+Thượng lưu là MNLTK, cửa van mở hoàn toàn (tổ hợp tải trọng cơ bản). + Thượng lưu là MNLTK, cửa van mở hoàn toàn, cỏc thiết bị làm việc khụng bỡnh thường ( tổ hợp lực đặc biệt).

Do thời gian cú hạn nờn trong đồ ỏn này ta tớnh ổn định cho trường hợp đầu tiờn.

3.4.1.2. Số liệu tớnh toỏn.

+ MNDBT :+14,5 m; Bỏn kớnh cửa van: Rv = 5 m.

+ Cột nước trước tràn với trường hợp lũ thiết kế : Htr = 4,73 m. + Chiều dài ngưỡng tràn (theo chiều dũng chảy) :L = 17 m. + Chiều rộng tràn nước : Btr = 14 m.

+ Bờtụng M200 cú dung trọng : γ =2.5 (T/ m³).

3.4.1.3. Phương phỏp tớnh toỏn.

Ta tớnh toỏn theo trạnh thai giới hạn thứ nhất.

Theo QCVN 0405-2012 ta cú điều kiện ổn định về chống trượt và chống lật là: n tt c K m R N . n ≤ (3-19)

- Điều kiện ổn định trượt : c. n ct tt n K R K N m = ≥ (3-20) - Điều kiện ổn định lật : cl c. n cl gl M n K K M m = ≥ (3-21)

+ nc : hệ số tổ hợp tải trọng, với:tổ hợp cơ bản : nc = 1; tổ hợp đặc biệt: nc

=0.9.

+ Ntt : giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực gõy trượt.

+ R: giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực chống trượt gới hạn.

+ Kn: hệ số tin cậy, phụ thuộc vào cấp cụng trỡnh với cụng trỡnh cấp II: Kn = 1.15 (tra theo điều 6.2. QCVN 0405-2012).

+ m: hệ số điều kiện làm việc tuỳ thuộc vào loại cụng trỡnh và nền( m = 1). + Mcl, Mgl: Tổng mụmen cỏc lực chống lật và gõy lật.

Trường hợp 1 : Thượng lưu là MNDBT, cửa van đúng, cỏc thiết bị thấm và thoỏt nước hoạt động bỡnh thường.

Gtp G1 G1' Gv Gp Gct O1 W2 Wtt Wth W1 Ws Ggt Gd Gbd O

Hỡnh 3.7 : Sơ đồ tớnh toỏn ổn định ngưỡng tràn.

-Áp lực nước thượng lưu

W1 =21γn.H12.B= 1 2

1 4,5 15

2ì ì ì = 151,87 (T)

Điểm đặt: cỏch chõn thượng lưu tràn theo phương đứng 1đoạn bằng

3 1 H = 4,5 3 m -Áp lực nước hạ lưu W2 = 12γnH22.B = 1 2 .1.1,5 2 .15 = 16,87(T)

Điểm đặt:cỏch chõn hạ lưu tràn theo phương thẳng đứng 1 đoạn 2

3

H

= 0,5 m

-Trong lượng đất dưới bản đỏy của đọ̃p

Gd =γbh.Ω =d 2, 25.7, 2.15 243( )= T

Điểm đặt:cỏch chõn hạ lưu tràn 1 đoạn =8,5 m

-Trọng lượng nước trong khoang tràn

+ ω: diện tớch khối nước trong khoang tràn ; + b :bề rộng 1 khoang tràn; b = 7 m.

+ n : số khoang tràn, n = 2 G1= 1.11,59.2.7 = 162,26 (T)

-Áp lực nước tỏc dụng lờn cửa van G’1

G’1= γn.ω.n.b = 1.2,02.2.7 = 28,28 (T) -Áp lực nước đẩy ngược

Áp lực đẩy ngược bao gồm ỏp lực thấm đẩy ngược và ỏp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược. Wđn = Wtt + Wth

Trong đú:

+ Wtt : Áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược

Wtt = γn.L.H2.B = 1.17.1.15= 255(T)

Với: L : Chiều dài ngưỡng tràn; L =17m. H2 : Chiều dày ngưỡng; H2 =1,5 m.

B : Bề rộng ngưỡng tràn B =15m

Điểm đặt Wtt cỏch mộp thượng lưu 1 đoạn bằng L/2 = 8,5 m. + Wth : Áp lực thấm đẩy ngược

Wth = 12γn.(H1- H2).L.B = 12. 1.(4,5 -1,5).17.15= 337,5( T) H1 : cột nước thượng lưu tớnh đến đỏy ngưỡng tràn; H1 = 4 m.

Điểm đặt Wth cỏch mộp thượng lưu 1 đoạn bằng L/3 = 17/3 = 5,67m -Trọng lượng bản thõn cụng trình Gbt =(2. Fp.dtp + 2.Fb.dtb).γbt Trong đú : Fp = Fb = 17.(14,5 – 11,5)= 51 (m2) dtp =1 m ; db= 1 m ; γbt= 2,5 => Gbt = (2.51.1+2.51.1).2,5 =510 (T) - Trọng lượng bản đỏy ngưỡng tràn:

- Trọng lượng cầu giao thụng:

Ggt = γbt.Fcầugt.B = 2,5.3.15 = 112,5 (T) - Trọng lượng cầu cụng tỏc :

Gct = γbt.Fcầuct.B =2,5.3.15= 112,5( T) - Trọng lượng cầu thả phai :

Gp = γbt.Fp. 2 = 2,5.2.2 = 10( T)

- Trọng lượng cửa van:

Trọng lượng cửa van xỏc định sơ bộ theo cụng thức A.R.Bờrờzớnkin: ∑Gv =4.1500.F.4 F = 20,98 (T).

điểm đặt cỏch mộp hạ lưu 1 khoảng L = 9m

-Áp lực súng Trị số ỏp lực súng lớn nhất : B h H h K Ws d n ) 2 .( . . 1 + = γ Trong đú:

+H1: Chiều cao cột nước đến đỏy ngưỡng tràn = 4(m)

+ h: Chiều cao súng ứng với mức đảm bảo tương ứng 1%, h1% =2,6 (m) + Kd: Hệ số, ( 20, 24 4, 40; 2, 6 0,128) 4,5 20, 24 d h K f H λ λ = = = = = tra TCVN 8216-2009 ta cú: Kd = 0,4. 2, 6 0, 4.1.2,6. 4 .15 82,68( ) 2 s W   T => =  + ữ =  

Mụmen lớn nhất đối với chõn đập tràn do súng gõy ra là:

2 2 max . . . 6 2 2 tr tr m n h H H h M =K γ h + + ữB   Với: Km là hệ số tra ở TCVN 8216-2009 ta cú: Km = 0,26. 2 2 max 2, 6 1.2,6.3 3 0, 26.1.2, 6. .15 96, 60( . ) 6 2 2 M =  + +  = T m  ữ  

Điểm đặt cỏch đỏy một khoảng bằng: MWsmax+ 3,05 =82,6896,6 +3,05 = 4,22(m). - Áp lực đất chủ động thượng lưu: q1=γ. .z Kcd Trong đú hệ số đất chủ động : Kcd = tan2(450-ϕ/2) = 0,47. Tại Z = 1,5 m => q = 1.1,5.0,47 = 0,705 Áp lực đất bị động hạ lưu: q2 =γ. .z Kbd Trong đú hệ số bị động : Kbd = tan2(450+ϕ/2) = 2,12. Tại Z = 1,5 m : q = 1.1,5.2,12 = 3,18

Tải trọng

Giỏ trị tiờu chuẩn

Hệ số

lệch tải Giỏ trị tớnh toỏn Cỏnh tay đũn Mo Cỏnh tay đũn Mo1 M0 M01 P( +) Q( +) n nP( +) nQ( +) (T) (T) (T) (T) (m) (T.m) (T.m) Gbt 510 1.05 535.50 0 0 0.00 0.00 G2 684.37 1.05 718.59 0 0 8.5 0.00 6108.00 Ggt 112.5 1.05 118.13 0 7 1.5 826.88 177.19 Gct 112.5 1.05 118.13 0 5 13.5 590.63 1594.69 Gcv 20.98 1.05 22.03 0 0.5 9 11.01 198.26 Gp 10 1.05 10.50 0 7.5 16 78.75 168.00 W1 131.87 1 0.00 131.87 1.5 1.5 197.81 197.81 G1 162.26 1 162.26 0 4.37 12.87 709.08 2088.29 G’1 28.28 1 28.28 0 6.5 15 183.82 424.20 Gd 243 1.1 267.30 0 0 8.5 0.00 2272.05 W2 -16.87 1 0.00 -16.87 0.5 0.5 -8.44 -8.44 Ws 82.68 1 0.00 82.68 4.22 4.22 348.91 348.91 Wth -337.5 1 -337.50 0 2.83 11.33 -955.13 -3823.88 Wtt -255 1 -255.00 0 0 8.5 0.00 -2167.50 tổng 1291.39 197.68 1983.315 7577.58

Bảng 3.16 : Tớnh toỏn cỏc tải trọng tỏc dụng lờn tràn. Tớnh ỏp suất đỏy múng

Ứng suất đỏy múng được xỏc định theo cụng thức nộn lệch tõm:

σmax,min = 0 W P M F ± ∑ ∑ Trong đú: + ∑P: Tổng lực đứng (T). + F : Diện tớch đỏy tràn, F = B.L(m)

Với B: Bề rộng đỏy tràn theo phương vuụng gúc vúi dũng chảy B = 15m. L: Chiều dài bản đỏy theo phương dũng chảy, L= 17m

F = 15.17 = 255 m2

+∑Mo: Tổng mụ men của cỏc lực tỏc dụng lờn tràn lấy đối với điểm giữa đỏy tràn. (M>0: Mụ men quay theo chiều kim đồng hồ)

Kết quả tớnh momen trong bảng trờn.

+ W: Mụmen chống uốn của mặt cắt tớnh toỏn. W = 16BL2= 1 2 .15.17 6 = 722,5 (m3) σmax,min = 0 W P M F ± ∑ ∑ =1291,39 1983,31 255 ± 722,5 T/m2 σmax= 7,81T/m2 σmin= 2,32T/m2

Hỡnh 3.8 :Biểu đồ ỏp suất đỏy múng.

Vậy điều kiện ứng suất được đảm bảo

Kiểm tra ổn định trượt

Điều kiện về ổn định chống trượt của tràn theo TCXDVN 0405ữ2012 là:

K = c n. tt n k R N ≥ m = [K] Trong đú:

+ R: Giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực chống trượt. R = ∑P.tanϕ+ F.C

Với: P: Tổng hợp lực tỏc dụng theo phương vuụng gúc với mặt trượt kể cả lực đẩy nổi. ΣP = 1291,39T

+ F : Diện tớch mặt trượt F = 255 m2.

+ Ntt: Giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực gõy trượt chủ động; Ntt = 197,68T/m2

+ K: Hệ số ổn định chống trượt của cụng trỡnh. + [K]: Hệ số ổn định trượt cho phộp.

+ nc: hệ số tổ hợp tải trọng: Với tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1 + m: hệ số điều kiện làm việc m=1

+ kn: hệ số tin cậy, với cụng trỡnh cấp II thỡ kn = 1,15. R= 1291,39.0,38 + 255.2 = 1000,99 (T)

→ K= 1000,99 5,06

197,68 = > [K] = 1,15 Vậy ngưỡng tràn đảm bảo ổn định trượt.

Kiểm tra ổn định lật

- Điều kiện ổn định lật xột với tõm O mộp dưới hạ lưu ngưỡng tràn:

. cl c n cl gl M n K K M m = ≥ Mcl: tổng mụmen chống lật: Mcl = 7577,58(T.m). Mgl: tổng mụmen gõy lật: Mgl = 1983,31 (T.m). → 7577,58 3,82 . 1,15 1983,31 c n cl n K K m = = > = → Tràn ổn định khụng bị lật.

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CỐNG NGẦM 4.1 BỐ TRÍ CỐNG LẤY NƯỚC.

4.1.1. Nhiệm vụ cụng trỡnh.

Cống lấy nước cú nhiệm vụ lấy nước từ hồ chứa nước Nghi Xuõn Lưu lượng cống thiết kế Qtk = 0,42 m3/s.

Cấp cụng trỡnh được lấy theo cấp cụng trỡnh chung của toàn hệ thống cụng trỡnh đầu mối. Vỡ vậy cấp cụng trỡnh của cống là cụng trỡnh cấp II.

4.1.2. Chọn vị trớ và hỡnh thức cống.

4.1.2.1 Vị trớ đặt cống.

Khu tưới nằm bờn phải đập nờn ta bố trớ tuyến cống phớa vai phải đập cú địa hỡnh tương đối thoải. Tuyến cống được đặt vuụng gúc với tuyến đập. Cống được đặt thấp hơn MNC từ 1ữ2 m,

Zđặt cống = MNC – 1,5 = 6,5 - 1,5 = +5 m.

4.1.2.2. Hình thức cống.

Vỡ cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nờn chọn hỡnh thức cống là cống ngầm lấy