8.6.1 Mục đớch:
Mục đớch tớnh toỏn ổn định tràn là tớnh toỏn kiểm tra ổn định trượt, lật và ứng suất tại một số mặt cắt nguy hiểm của tràn nhằm đỏnh giỏ xem cỏc bộ phận tràn cú mất ổn định (trượt, lật ) trong mọi trường hợp hay khụng. Từ đú nhận xột về tớnh hợp lý của mặt cắt tràn và đưa ra biện phỏp xử lý khi cần thiết.
Trường hợp cú cửa van, tớnh toỏn ổn định cho ngưỡng tràn. 8.6.2 Cỏc trường hợp tớnh toỏn:
- Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, đúng cửa van ( tổ hợp lực cơ bản). - Trường hợp 2:Thượng lưu là MNLTK, cửa van mở (tổ hợp lực cơ bản).
Trong phạm vi đồ ỏn, em tớnh toỏn ổn định ngưỡng tràn cho trường hợp 1: thượng lưu là MNDBT, cửa van đúng, cú động đất (tổ hợp lực đặc biệt)
Hỡnh :8-8 Sơ đồ tớnh toỏn ổn định tràn
Theo QCVN 04-05: 2012, ta cú điều kiện về ổn định chống trượt và lật là: nc.Ntt ≤ R k m n hay K = NR ncmkn tt . ≥ Trong đú:
+ K: hệ số an toàn chung của cụng trỡnh.
+ nc: hệ số tổ hợp tải trọng: Với tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1 + Ntt: giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực gõy trượt.
+ R: giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực chống trượt giới hạn. + kn: hệ số tin cậy, với cụng trỡnh cấp II thỡ kn = 1,15. + m: hệ số điều kiện làm việc, m = 0,95.
Đối với những cụng trỡnh ổn định nhờ trọng lượng bản thõn cụng trỡnh và cỏc vật nặng ở trờn nú( tràn cú cửa van) khi tớnh toỏn ổn định ngưỡng tràn chỉ cần tớnh toỏn kiểm tra ổn định chống trượt của ngưỡng tràn và kiểm tra ứng suất đỏy múng. 8.6.4 Tải trọng tỏc dụng lờn cụng trỡnh:
Cỏc lực tỏc dụng ngưỡng tràn gồm cỏc lực thẳng đứng và nằm ngang.
a) Trọng lượng khối nước trong khoang tràn phớa thượng lưu
G5= γn.ω.n.b
Trong đú :
+ ω: diện tớch khối nước trong khoang tràn + b :bề rộng 1 khoang tràn; b = 4,6m. + n : số khoang tràn, n = 5.
b) Áp lực đẩy ngược
Áp lực đẩy ngược bao gồm ỏp lực thấm đẩy ngược và ỏp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược. Wdn = W4 + Wth
Trong đú: + W4 : Áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngược W4 = γn.L.H2.B
L : Chiều dài ngưỡng tràn; L =15m. H2 : Mực nước hạ lưu; H2 = 1,5 m. B : Bề rộng ngưỡng tràn ; B = 29 m Điểm đặt W4 cỏch mộp thượng lưu 1 đoạn bằng L/2 = 7,5m.
+ Wth : Áp lực thấm đẩy ngược Wth = 1
2γnα1(H1- H2).L.B
Với: α1 : hệ số hiệu dụng của ỏp lực thấm α1 = 0,5.
H1 : cột nước thượng lưu tớnh đến đỏy ngưỡng tràn; H1 = 5,5m. Điểm đặt Wth cỏch mộp thượng lưu 1 đoạn bằng L/3 = 5m.
c) Trọng lượng bản thõn cụng trỡnh
+ Trọng lượng của mố: G12 = G1+ G2
Trong đú: + G1: Trọng lượng phần mố dưới cầu giao thụng. G1= 6Fmố(1).h1.γbt
+ G2 : Trọng lượng phần mố khụng cú cầu giao thụng ở trờn.
G2 = (4.Fmtrụ(2) + 2.Fmbờn(2)).h2.γbt Với: F: diện tớch cỏc phần của mố. h1; h2: chiều cao cỏc phần của mố; h1 = 6,4m ; h2 = 7,0 m.
γ
+ Trọng lượng cầu giao thụng: G4 = γbt.Fcầu.B (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Trọng lượng cầu cụng tỏc đúng mở cửa van GCT = 25T
+ Trọng lượng cửa van:
Trọng lượng cửa van xỏc định sơ bộ theo cụng thức A.R.Bờrờzớnkin:
1van 0,15. .4
G = F F (T)
Trong đú : +F là diện tớch của bản chắn nước: F = bxH = 4,6.4=18,4 (m2)
Vậy trọng lượng của toàn bộ cửa van là : Gvan = 5.G1 van (T)
2) Xỏc định cỏc lực nằm ngang: a) Áp lực nước:
+ Áp lực nước thượng lưu: W1 =1
2 γn.H12.Btr
Điểm đặt: cỏch chõn thượng lưu tràn theo phương đứng 1đoạn bằng 1 3
H
= 1,83 m
+ Áp lực nước hạ lưu: W2 = 12γnH22.B
Điểm đặt:cỏch chõn hạ lưu tràn theo phương thẳng đứng 1 đoạn 2 3 H = 0,5m. b) Áp lực súng: Áp lực súng cú giỏ trị lớn nhất ứng với độ dềnh: h K d d η . η = = 0,496m
Trong đú: +Kηd: xỏc định theo đồ thị Hỡnh 2-5c (Giỏo trỡnh Thủy cụng tập 1)
= λ λ η h H f K d ; = 0,4
+ h: Chiều cao súng ứng với mức đảm bảo 1%; hs1% = 1,21m (m) + λ : Chiều dài súng ; λ = 9,95 m.
Ws = kđ.γn.ηd.(H1+ηd/2).B Trong đú: = λ λ h H f
Kd ; = 0,26 tra đồ thị Hỡnh 3-7d(Giỏo trỡnh Thủy cụng tập 1):
Mụmen lớn nhất đối với chõn đập do súng gõy ra là:
2 2 max . . . . . 6 2 2 m n h h H H M = K γ h + + ữB ; m h K f H λ λ
= ữ= 0,28 Tra đồ thị Hỡnh 3-7e (Giỏo trỡnh Thủy cụng tập 1)
Điểm đặt: cỏch chõn thượng lưu tràn 1 đoạn bằng max 1,5
s M W + c) Lực sinh ra do cú động đất: • Lực quỏn tớnh động đất của cụng trỡnh : Fđ = K.α.G Trong đú: + G: trọng lượng cụng trỡnh. + K: hệ số động đất, với động đất cấp 7 thỡ k = 0,025 (Tra bảng 3-7 sỏch thuỷ cụng-T1) + α: hệ số đặc trưng động lực của cụng trỡnh; α =1
Điểm đặt : lực quỏn tớnh động đất cựng phương, ngược chiều với gia tốc động đất, điểm đặt tại tõm của mặt cắt tớnh toỏn. Ở đõy chọn chiều bất lợi của lực động đất là chiều từ thượng lưu về hạ lưu đập.
• Áp lực nước tăng thờm khi cú động đất :
12
1. . .
2 n (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đ
W = Kγ H .B
Điểm đặt : cỏch chõn đập thượng lưu theo phương thẳng đứng : H1/3 = 1,83m.
Ta cú bảng tổng hợp kết quả cỏc lực tỏc dụng lờn ngưỡng tràn:
Xem phụ lục chương 8 (Bảng : 8-18 Lực tỏc dụng lờn ngưỡng tràn)
8.6.5 Kiểm tra ứng suất đỏy múng;
σmax,min = 0 W F ± ∑ ∑ Trong đú: + ∑P: Tổng lực đứng (T). + F : Diện tớch đỏy tràn, F = B.L(m)
+ B: Bề rộng đỏy tràn theo phương vuụng gúc vúi dũng chảy B = 15 m. + L: Chiều dài bản đỏy theo phương dũng chảy.
+ ∑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 ;M<0: Mụ men quay theo chiều ngược kim đồng hồ).(Bảng 9- 11)
+ W: Mụmen chống uốn của mặt cắt tớnh toỏn. W = 16BL2
Ứng suất đỏy múng phải thỏa món điều kiện : σmax < 1,2 Rtc
Trong đú: + Rtc : Cường độ tiờu chuẩn của nền được xỏc định theo cụng thức Rtc = P.tgϕ+c.F ; Với tgϕ = 0,75 theo bảng 3 trang 14 TCVN 4253-86 c : lực dớnh đơn vị của nền, c = 2 (kg/cm2)
ptc = Rtc/F
Ta cú kết quả kiểm tra ứng suất đỏy múng:
W(m3 ) σmax (T/m2) σmin(T/m2) Rtc ptc Kiểm tra
1087.5 6.37 3.54 1867.0 4,29 Thỏa món
8.6.6 Kiểm tra ổn định trượt:
Điều kiện về ổn định chống trượt của tràn theo TCXDVN 285ữ2002 là:
K = c n.
tt
n k R
N ≥ m = [K]
Trong đú: + R: Giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực chống trượt. R = ∑Pitt.tagϕ + F.c
Với: Pitt: Tổng hợp lực tỏc dụng theo phương vuụng gúc với mặt trượt kể cả lực đẩy nổi. ΣPi = 2334,7 T
f0;c: Cỏc đặc trưng chống cắt của nền; f0 = 0,75; c= 2kG/cm2. F : Diện tớch mặt trượt F =15.29= 435 m2.
+Ntt: Giỏ trị tớnh toỏn của cỏc lực gõy trượt chủ động; Ntt = ΣQitt
+K: Hệ số ổn định chống trượt của cụng trỡnh. + [K]: Hệ số ổn định trượt cho phộp. K 3,4 K [ ] 1,09 0,95 0,9.1,15 = > = =
Vậy ngưỡng tràn đảm bảo ổn định trượt.
8.6.7 Tổng hợp kết quả tớnh toỏn và kết luận
Kết quả tớnh toỏn chi tiết xem phụ lục bảng 8-18 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 9.1 Lựa chọn cỏc thụng số ban đầu
9.1.1 Vị trớ cống
Vị trớ cống lấy nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện địa hỡnh, địa chất, điều kiện thi cụng, vị trớ khu tưới, cao trỡnh khống chế đầu kờnh tưới.
nước, ớt phải xõy dựng cỏc cụng trỡnh chuyển tiếp ta đặt cống ở phớa bờ phải của đập, tuyến cống vuụng gúc với tuyến đập.
Đỏy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước bựn cỏt lắng đọng và thấp hơn mực nước chết trong hồ.
9.1.2 Hỡnh thức cống
Vỡ cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC = 489,3 m đến MNDBT = 498m ) nờn hỡnh thức hợp lý là cống ngầm lấy nước khụng ỏp, cú thỏp van điều ỏp.
Vật liệu làm cống là bờ tụng cốt thộp M200; mặt cắt cống hỡnh chữ nhật.
Dựng thỏp van để khống chế lưu lượng. Trong thỏp cú bố trớ van cụng tỏc và van sửa chữa. .
9.1.3 Sơ bộ bố trớ cống
Sơ bộ chọn cao trỡnh đỏy cống thấp hơn MNC 1 m, khi đú : Zđỏy cống = MNC – 1 = 489,3 - 1 = 488,3 (m).
Cao trỡnh đỏy cống được chớnh xỏc hoỏ thụng qua tớnh toỏn thủy lực cống ở phần sau.
Tuyến cống được bố trớ vuụng gúc với tuyến đập. Địa chất nền là lớp sột- ỏ sột nặng cú hệ số thấm K = 9.10-5cm/s. Vị trớ đặt thỏp van sơ bộ chọn ở khoảng 1/3 giữa mỏi đập thượng lưu tại vị trớ đặt cống.
9.2 Thiết kế cống lấy nước
9.2.1 Cỏc thụng số tớnh toỏn
Lưu lượng thiết kế cống : Qtk = 2,16 m3/s. Mực nước chết : MNC = 489,3 m. Cao trỡnh bựn cỏt lắng đọng: ∇bc = 485m. Cao trỡnh tưới tự chảy đầu kờnh: ∇TTC = 487,8 m.
9.2.2 Thiết kế kờnh hạ lưu cống
Kờnh hạ lưu cống cú nhiệm vụ dẫn nước từ hạ lưu cống về khu tưới. Mặt cắt kờnh hợp lý là đảm bảo dẫn được lưu lượng yờu cầu lớn nhất mà kờnh vẫn an toàn, khụng bị xúi lở. Thiết kế kờnh hạ lưu cống để làm cơ sở cho việc tớnh toỏn thuỷ lực cống sau này.
1) Thiết kế mặt cắt kờnh
Mặt cắt kờnh hạ lưu cống được tớnh toỏn với lưu lượng thiết kế: Qtk = 2,16 m3/s Căn cứ vào địa chất nền nơi tuyến cụng trỡnh đi qua sơ bộ chọn cỏc chỉ tiờu thiết kế kờnh như sau:
- Mặt cắt kờnh hỡnh thang, hệ số mỏi kờnh m=1,5. - Độ dốc đỏy kờnh ik = 2.10-4
- Độ nhỏm lũng kờnh n = 0,025.
a) Xỏc định bề rộng đỏy kờnh và chiều sõu mực nước trong kờnh:
- Chiều sõu h:
Sơ bộ xỏc định chiều sõu h theo cụng thức kinh nghiệm: h = 0,5.(1 + Vkx).3Q
Trong đú: + Q: Lưu lượng thiết kế kờnh, Q = 2,16m3/s. + Vkx : Vận tốc khụng xúi lũng kờnh.
Vkx = K.Q0,1
Với K: hệ số phụ thuộc đất lũng kờnh , tra bảng 13 (trang 28) TCVN 4118 – 85 ta được, với đất sột K = 0,75.
Vkx = 0,81 m/s.
Khi đú : chiều sõu h: h = 0,5.(1 + 0,81).32,16 = 1,17 m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Xỏc định chiều rộng đỏy kờnh:
f(Rln) = 0
Q ; m0= 2. m2 + −1 m =2,106 ; m = 1,5; i = 2.10-4
f(Rln) = 0,055
Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực ta cú: Rln = 0,727 (m). → ln 1,17 1,609 0,727 h R = =
Tra phụ lục (8-3), bảng tra thuỷ lực ta cú: ln b R = 2,895 → b = 2,895.0,727 = 2,1 (m) Mặt cắt kờnh hợp lý khi tỷ số b h∈(0,5ữ2) Ta cú: bh = 1,172,1 =1,8 ∈ (0,5ữ2) → thoả món. Vậy bề rộng đỏy kờnh là b = 2,1m.
b) Kiểm tra điều kiện xúi của kờnh
Vỡ kờnh dẫn nước từ hồ chứa nờn hàm lượng bựn cỏt trong nước nhỏ, khụng cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại, cần kiểm tra điều kiện xúi lở:
Vmax < Vkx
Trong đú: + Vkx : Lưu tốc khụng xúi lũng kờnh, Vkx = 0,81 m/s.
+ Vmax : Lưu tốc lớn nhất trong kờnh, tớnh với lưu lượng Qmax= K.Q Q - Lưu lượng thiết kế của kờnh, Q = 2,16 m3/s.
K - hệ số phụ thuộc Q, theo mục 5.1.1 TCVN 4118-85: Với Q= (1ữ10)m3/s thỡ K=1,15ữ1,2; chọn K = 1,2
Qmax = K.Q = 1,2.2,16 = 2,59 (m3/s)
Để xỏc định Vmax ứng Qmax và mặt cắt kờnh ta xỏc định độ sõu hmax tương ứng theo phương phỏp đối chiếu với mặt cắt cú lợi nhất về thuỷ lực:
f(Rln) = 0 max 4.m . i Q =8, 424. 2.10 4 2,59 − = 0,046 Tra bảng (8-1) bảng tra Thuỷ lực => Rln = 0,797
ln 0,797 2,1 2,63 b R = =
Tra bảng (8- 3) bảng tra Thuỷ lực =>
ln 1,66 h R = hmax = Rln. ln h R = 0,797.1,66 = 1,32 m Tớnh diện tớch ướt ứng với Qmax :
ω = (m.hmax +b).hmax = (1,5.1,32 + 2,1). 1,32 = 5,39 m2. Khi đú Vmax được tớnh theo cụng thức:
Vmax = max max
Q
ω = 2,595,39 = 0,48 m/s. Thay vào điều kiện xúi lở được:
Vmax = 0,48 m/s < Vkx = 0,81 m/s.
Kờnh khụng bị xúi.
2) Tớnh toỏn khẩu diện cống
• Trường hợp tớnh toỏn:
Khẩu diện được tớnh với trường hợp chờnh lệch mực nược thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng lấy nước tớnh toỏn tương đối lớn. Thường tớnh với trường hợp MNC ở thượng lưu, lấy lưu lượng Qtk
Tổn thất cột nước thượng hạ lưu cống là [∆Z] = MNC - ∇TTC = 489,3-487,8 = 1,5m
Lỳc này, để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van. Sơ đồ tớnh toỏn như hỡnh vẽ:
Hình 3-1: Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định khẩu diện cống (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh :9-1 Sơ đồ tớnh toỏn thuỷ lực xỏc định khẩu diện cống
Trong đú: + Z1: tổn thất cột nước ở cửa vào; + Zp: tổn thất cột nước do khe phai; + ZL: tổn thất qua lưới chắn rỏc; + Zv: tổn thất qua thỏp van; + Z2 : tổn thất ở cửa ra.
a) Tớnh bề rộng cống bc
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chờnh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] đó khống chế, tức phải bảo đảm điều kiện:
ΣZi ≤ [∆Z]
Trong đú: ΣZi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + iL i: độ dốc dọc cống ; L: tổng chiều dài cống.
Trị số bc được xỏc định bằng phương phỏp giải đỳng dần.
Ta giả thiết cỏc giỏ trị bc. Với mỗi trị số bc, ta xỏc định cỏc tổn thất cột nước dọc theo chiều dài cống; sau đú tớnh tổng tổn thất ΣZi , lập quan hệ bc~ ΣZi. Từ [∆Z] tra quan hệ ta tỡm được bc. Trỡnh tự tớnh toỏn cụ thể như sau :
+ Tổn thất cửa ra Z2:
Dũng chảy từ bể tiờu năng ra kờnh hạ lưu coi như sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, khi đú:
Z2 = 2 2 2 .( . . )n h Q g ϕ b h - 2g v . 2 b α
Trong đú: + b: bề rộng cuối bể tiờu năng, b = bk = 2,1 m;
+ hh: chiều sõu hạ lưu ứng với lưu lượng tớnh toỏn Q, hh = 1,17 m; + ϕn: hệ số lưu tốc (trường hợp chảy ngập), ϕn = 0,96;
+ vb: lưu tốc bỡnh quõn trong bể tiờu năng, Q Q V b .h b .(h d) b b b b = = + = 0,62 m/s.
Giả thiết chiều sõu bể d = 0,5m. → Z2 = 0,023m.
+ Tổn thất dọc đường:
Coi dũng chảy trong cống là dũng đều với độ sõu:
h1 = hh + Z2 = 1,17 +0,023 = 1,193 m
Khi đú tổn thất dọc chiều dài cống bằng iL, i là độ dốc cống được xỏc định như sau: i = 2 R C Q ω
Trong đú: +ωi:diện tớch mặt cắt cống ứng với cỏc bề rộng cống khỏc nhau ωi = bc.h1
+C = 1 1/6 R n ; R = i i ω χ ; cống ngầm làm bằng bờtụng nờn lấy n = 0,014. χ :chu vi ướt χ = 2.h1 + bc ( m ) L: chiều dài cống, L = 95 m. +Tổn thất qua thỏp van:
Trong thỏp van bố trớ 2 khe van (một khe van sửa chữa , một khe van cụng tỏc). Do đú tổng tổn thất qua 2 khe van là :
2.g α.V . 2.ξ Zv = v v2 Trong đú:
trong cống là dũng đều với độ sõu h1 nờn cú thể coi chiều sõu dũng chảy ngay sau cửa van là hv = h1. 1 Q Q Q V ω b .h b .h v v c v c = = =
+ ξv: Hệ số tổn thất qua khe van xỏc định theo quy phạm “Tớnh toỏn thuỷ lực cống dưới sõu QPTL C1-75”: ξv= f(bn/b)
bn : bề rộng tương đối của khe van, chọn bn = 30cm. b : bề rộng cống trờn phần bố trớ cửa van. Khi bn 0,1 b ≤ → ξv= 0,05 ; Khi bn 0,2 b ≥ → ξv= 0,1 Khi 0,1 b 0, 2 b n
≤ ≤ => Nội suy ở 2 giỏ trị trờn.
+ Tổn thất qua lưới chắn rỏc: