Cầu công tác là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác cần tính toán để đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí của cống khi cần. Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống.
Kích thước các bộ phận của cầu công tác có thể được chọn như sau: Chiều cao cầu: 6,5 m
Bề rộng cầu: 3 m
Chiều cao lan can: 0,8 m d) Khe phai và cầu thả phai
Thường bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa. Với các cống lớn, trên cầu thả phai cần bố trí đường ray cho cần cẩu thả phai.
e) Cầu giao thông
Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh cống. Dầm cầu cao 50 cm, bề dày của mặt cầu là 30 cm.
Zmặtcầu = 8,4 + 0,5 + 0 ,3 = 9,2 m Theo yêu cầu về giao thông, bề rộng mặt cầu là 6m.
Cầu giao thông được đặt ở vị trí sao cho không ảnh hưởng đến việc thao tác van và phai.
f) Mố cống
Bao gồm mố giữa và các mố bên. trên mố bố trí khe phai và bộ phận đỡ trục quay van cung (tai van).
Mố bên có chiều dày phải đủ lớn để có thể chịu được áp lực đất nằm ngang, chọn d’=0,5m. Chiều cao mố bên là: hmố = Zđỉnh – Zđáy= 8,4 – (-1) = 9,4 m
Mố giữa cũng có chiều cao là 9,4 m, chọn mố giữa có chiều dày d =1 m. Hình dạng đầu mố được lượn tròn để đảm bảo điều kiện thuận dòng.
Chiều cao mố chọn không đổi từ thượng lưu về hạ lưu. g) Khe lún
Do cống rộng nên cần dùng khe lún để phân cống thành từng mảng độc lập. Bề rộngmỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, song thường không vượt quá 15 ÷ 20m. mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, song thường không vượt quá 15 ÷ 20m.
Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang. Các mảng được bố trí giống nhau để tiện thiết kế, thi công và quản lý.
Khe lún thường được bố trí ở mố giữa, mố có chứa khe lún là mố kép. Trên khe lún có bố trí các thiết bị chống rò nước, lỗ để đổ nhựa đường.
h) Bản đáy
Chiều dài bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thủy lực, ổn định của cống và yêu cầu bố trí bên trên. Ta thường chọn chiều dài bản đáy theo yêu cầu bố trí các kết cấu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định chống và độ bền của nền. Sơ bộ chọn L = 15m.
Chiều dày bản đáy được chọn theo điều kiện chịu lực - nó phụ thuộc vào bề rộng khoang cống, tải trọng bên trên và tính chất đất nền. Chiều dày bản đáy thường được chọn theo kinh nghiệm, sau đó được chính xác hoá bằng tính kết cấu bản đáy. Sơ bộ chọn chiều dày bản đáy δ = 1m
3.2 Đường viền thấm
Bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khay. Kích thước bản đáy cống có thể chọn như trên, còn kích thước của các bộ phận khác có thể chọn như dưới đây.
a) Sân trước
Vật liệu làm sân có thể là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum.
Chiều dài sân:
Được xác định theo công thức
Ls ≤ (3 ÷ 4)H Trong đó
H là cột nước tác dụng lên cống, H = Zkhốngchế –Zmin = 3,66 – 0,25 = 3,41 m.
đồng sông
Vậy chiều dài sân trước phải thỏa mãn: Ls ≤ (3 ÷ 4).3,41 = (10,23 ÷ 13,64) m. Chọn chiều dài sân trước là 12 m.
Chiều dày sân trước
Khi sân bằng đất sét hay á sét thường được làm chiều dày thay đổi từ đầu đến cuối sân.
Chiều dày ở đầu sân thường được lấy theo điều kiện cấu tạo: Chọn t1 = 0,5m.
Chiều dày ở cuối sân được xác định theo yêu cầu chống thấm t2 Trong đó
∆ H là độ chênh lệch cột nước ở 2 mặt sân (trên và dưới).
≥ ∆ H[ J ]
[ J ] là Gradien thấm cho phép, giá trị [J] = 4 ÷ 6. Từ đó chọn J =4. t ≥ 3,41 = 0,85. Vậy có thể chọn sơ bộ t = 1 m.
4 2
.
0.5
0.5 0.5
b) Bản cừ
Vị trí đặt
Khi cống chịu tác dụng của đầu nước một chiều, thường đóng cừ ở đầu bản đáy.Khi cống chịu tác dụng của đầu nước hai chiều thì có thể đóng cừ ở phía đầu nước cao hơn. Đồ án này thiết kế cống làm nhiệm vụ: tiêu nước,ngăn triều và giữ ngọt tức là cống chịu tác động của đầu nước 2 chiều ta vì vậy ta cần đóng cừ để đảm bảo an toàn cho cống đóng cừ ở phía đầu nước cao hơn.Trong trường hợp này ta cần kiểm tra sự ổn định của cống khi cột nước thay đổi.
Chiều sâu đóng cừ
Tuỳ theo chiều dày tầng them,vật liệu làm cừ và điều kiện thi công.Ở đây ta thấy tầng thấm dầy do đó ta làm cừ treo.Đóng hai cừ ở đầu và cuối bản đáy cống.
Đầu bản đáy cống được đóng cừ S1 = 4 m. Cuối bản đáy cống được đóng cừ S2 = 6 m.
c) Chân khay
Hai đầu bản đáy cần làm chân khay cắm sâu vào nền để tăng ổn định và góp phần kéo dài đường viền thấm. Kích thước chân khay như hình vẽ.
Hình 5 Kích thước chân khay
d) Thoát nước thấm
Các lỗ thoát nước thấm thường bố trí ở sân tiêu năng và phần sau của bể tiêu năng để giảm áp lực đẩy nổi; dưới sân,bể khi đó phải bố trí tầng lọc ngược. Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược.
Trường hợp cống làm việc với cột nước 2 chiều, có thể sử dụng một đoạn sân tiêu năng không đục lỗ (đoạn giáp với bản đáy). Đoạn này đóng vai trò như một sân trướ ngấn khi cột nước đổi chiều.
0,5 12,0 0,5 4,0 6,0 15,0
e) Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm
Hình 6 Kích thước đường viền thấm
Theo công thức: Ltt ≥ C.H Trong đó
Ltt là chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo phương pháp của Len. Ltt
= Lđ
+ Ln
m
Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn hơn hoặc bằng 450.
Lđ = 0,5+ 0,5 + 4 + 4 + 0,5 + 0,5 + 6 + 6 = 22 m
Ln: Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các doạn xiên góc nhỏ hơn hoặc bằng 450(bao gồm cả đoạn nằm ngang của bể tiêu năng không đục lỗ thoát nước).
Ln = 12 + 15 = 27 m
Do có hai hàng cừ nên hệ số m = 2. Vậy chiều dài tính toán của đường viền thấm Ltt= 22 + 27 = 35,5 m
Cột nước lớn nhất tác dụng lên cống
H = Zmax - Zmin = 6,30 – 0,92 = 5,38 m.
sông đồng
C: Hệ số phụ thuộc loại đất nền. Tra bảng P3-1 ta có C = 5 Ltt = 35,5 > C.H = 5.5,38 = 26,90 m = > Thỏa mãn điều kiện về độ dài đường viền thấm.
3.3 Nối tiếp cống với thượng, hạ lưua) Nối tiếp thượng lưu a) Nối tiếp thượng lưu
Góc mở của tường về phía trước, chọn với tgθ = 1 ; hình thức tường cánh là tường xoắn vỏ đỗ nối tiếp với kênh thượng lưu (do phụ thuộc vào quy mô cống).Đáy đoạn nối
2
tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói (bằng đá xây khan hoặc xây hồ dày 0,3 ÷ 0,5 m). Chiều dày lớp phủ khoảng (3-5)H1, trong đó H1 là chiều sâu nước chảy và cống. Trường hợp có sân phủ chống thấm thì lớp bảo vệ ít nhất phải dày bằng sân chống thấm. Phía dưới lớp đá bảo vệ cần có tầng đệm bằng dăm cát dày 10-15 cm.
b) Nối tiếp hạ lưu
Tường cánh: Chọn phương án tường cánh xoắn vỏ đỗ. Chọn góc mở nhỏ hơn so với góc mở tường cánh thượng lưu, chọn
tgθ1 = 1 .
Sân tiêu năng: Thường bằng tường bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước. Chiều dày sân có thể xác định theo công thức Đômbrốpxki
t = 0,15.V1.√h1
Trong đó:
h1 là chiều sâu tại chổ đầu đoạn nước nhảy
h =σ . h ¿ = 3,51 m. V1 là lưu tốc tại chổ đầu đoạn nước nhảy
V = Q = 90 = 2,14 m/s.
Chiều dày sân tiêu năng là
1 b . h1 12.3,51
t = 0,15.2,14.√3,51 = 0,60 m.
Sân sau: Làm bằng đá xếp hoặc tấm bê tông có đục lỗ thoát nước, phia dưới có tầng đệm làm theo hình thức lọc ngược.
Chiều dài sân sau được xác định theo kinh nghiệm Lss = K √q √∆ H
Trong đó
q là Lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng
q = BQBH 90 = 5,29 m2/s.m
∆H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu,
∆H =Zkhốngchế –Zmin = 3,66 – 0,25 = 3,41 m.
đồng sông
K: Hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh. Đất lòng kênh là đát cát pha nên K = 10 Vậy cần xây sân sau có chiều dài là
Lss = 10 √5,29√3,41 = 31,27 m
4.Tính toán thâm dưới đáy cống
4
c
1
17
H=5,38 -1 6,3 0 0,92 4.1Những vấn đề chung a) Mục đích
Mục đích của tính toán thấm là để xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩ ngược lên đáy cống Wt và gradien thấm J. Do đặc điểm của cống nên chỉ cần xác định Wt và J.
b) Trường hợp tính toán
Đồ án này tính thấm với trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất.
∆H = Zmax - Zmin = 6,30 – 0,92 = 5,38 m.
sông đồng
Hình 7 Chênh lệch độ cao mực nước ở thượng lưu và hạ lưu
c) Phương pháp tính
Đồ án này tiến hành tính thấm theo phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay. 4.2Tính thấm cho trường hợp đã chọn
a) Vẽ lưới thấm
Đường dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ như hình vẽ. Đường dòng cuối cùng là đường biên của lớp đất sét.
Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang. Hình 8 Lưới thấm vẽ bằng tay Theo hình vẽ ta có: Số dải đường thế: n = 16 Số ống dòng: m = 9 b) Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng dòng thấm Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải đường thế
∆ h ∆ H n
= 5,38 = 0,336
Tổn thất cột nước tại điểm x cách đường thế cuối cùng i dải
với iA = 8,5 và iB = 2,5 h = i.∆ h = i. ∆ H Điểm A: hA = 8,5.0,336 = 2,858 m Điểm B: hb = 2,5.0,336 = 0,841 m = 16 n x
Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược tác dụng lên công trình
n hB n hA
Hình 9 Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược
Áp lực thấm đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng công trình Wth = n hA + hB
. Lbđ = 1. 2,858+0,841 . 15 = 27,741 T/m
2 2
Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng công trình Wtt = n (h2 + t).L = 1.(1,92 + 1).15 = 43,8 T/m
Vậy tổng áp lực đẩy ngược: W = Wth + Wtt = 27,741 + 43,8 = 71,541 T/m Gradien thấm tại cửa ra
∆h JTB ∆S ∆ H n . ∆ L 5,38 16. ∆ L Tại điểm 1: ∆ L = 0,87 m thì JTB1 = 0,386 Tại điểm 2: ∆ L = 1,354 m thì JTB2 = 0,248 Tại điểm 3: ∆ L = 1,98 m thì JTB3 = 0,170 Tại điểm 4: ∆ L = 2,671 m thì JTB4 = 0,126 Tại điểm 5: ∆ L = 3,82 m thì JTB5 = 0,088 Tại điểm 6: ∆ L = 5,352 m thì JTB6 = 0,063 Tại điểm 7: ∆ L = 7,21 m thì JTB7 = 0,047 = = =
0.450 0.400 0.350 0.300 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 JTB1 JTB2 JTB3 JTB4 JTB5 JTB6 JTB7 Hình 10 Biểu đồ Gradien thấm Jr Từ biểu đồ xác định được: Jmax = 0,386 < Jchophép = 0,4 ra ra
Vậy không có khả năng bị xói ngầm. 4.3Kiểm tra độ bền thấm của nền
Độ bền thấm của nền được tính toán theo TCVN 4253 – 86. a) Kiểm tra độ bền thấm chung
Trong đó
J TB
JTB ≤ K
Kn
JTB là gradien cột nước trung bình của vùng thấm tính toán.
JTB là gradient cột nước tới hạn trung bình tính toán, lấy theo bảng P3-2 trong Đồ án môn học Thủy công JTB = 0,25.
Kn là hệ số tin cậy, Kn = 1,2.
Trị số JTB được xác định theo phương pháp của viện VNIIG:
H
Trong đó
H là cột nước tác dụng.
JTB =
tt.∑❑i
Ttt là chiều sâu tính toán của nền.
∑❑i là tổng hệ số sức cản của đường viền thấm tính theo P.P Trugaép.
K
K
MNHL
ra
T0 T1 n2 cừ v
T2 n1 T3
MNTL
Hình 11 Sơ đồ đường viền thấm
Theo sơ đồ ta có:
L0 là Hình chiếu ngang của đường viền thấm, L0 = 42,3 m. S0 là Hình chiếu đứng của đường viền thấm, S0 = 10 m. Tỉ lệ L0 = 42,3 = 4,23
S0 10
Tra bảng 2-1 (Giáo trình thủy công tập 1), ta được Ttt = 2,5.S0 = 2,5.10 = 25 m. Ta có: ∑❑ = v + n1 + cừ + n2 + ra S = 0,44 + 1,5. 0,5. S + T3 = 0,44 + 1,5. 6 + 0,5. 6 19 = 1,121 v T 3 S 19 1 6 1−0,75. 3 −0,75. 19 Khoảng cách giữa 2 hàng cừ L = 15 m > 6+4 = 5. Vậy ta có = L − 0,5( S 1 + S 2 ) = 15−0,5(6+4 ) = 0,556 n1 2 18 Ta có T2 = 18 m , T1
= 18,25 (lấy trung bình) nên thỏa đều kiện 0,5 ≤ TT2 ≤ 1
và 0 ≤ S1 T1 ≤ 0,8. Vậy ta có 0,5. S1 1 0,5. 4 = a + 1,5 S1 + T1 = 0,5 + 1,5. 4 + 18,25 = 0,488 cừ T2 T1 1−0,75. S1 18 T 1 18,25 1−0,75. 4 18,25
Chiều dài sân trước L = 12 m >
0+4 = 2. Vậy ta có
2
2
T
n2= L −0,5( S 1 + S2 ) = 12−0,5(0+4) = 0,548 1 18,25 Tại cửa ra ta có ra a = 0,44 + 0 = ,44 + 0,15 = 0,466 Vậy ∑❑ = v + n1 + cừ + n2 + ra = 1,121 + 0,556 + 0,488 + 0,548 + 0,466 = 3,178. J = H = 5,38 = 0,0677 TB tt. ∑❑i 25.3,178 J TB K = Kn 0,25 1,2 = 0,2083 J TB
Vậy JTB = 0,0677 ≤ K = 0,2083. Thỏa mãn điều kiện trên.
Kn
b) Kiểm tra độ bền thấm cục bộ Kiểm tra theo công thức :Jra ≤ Jk bộ Kiểm tra theo công thức :Jra ≤ Jk
Trong đó
Jra là Trị số gradien cục bộ ở cửa ra, xác định theo kết quả tính ở trên, Jra = 0,386. J là Trị số gradien tới hạn cục bộ, phụ thuộc vào hệ số không đều hạt =
d
60
10 = 9,
tra phụ lục P3-1, ta có Jk = 0,51. Vậy Jra< Jk, thỏa mãn điều kiện trên.
5. Tính toán ổn định cống
5.1 Mục đích và trường hợp tính toán
a) Mục đích và trường hợp tính toán
Kiểm ta ổn định của cống về trượt lật, đẩy nổi. Trong đồ án này chỉ giới hạn tính toán trong việc kiểm tra ổn định trượt.
b) Trường hợp tính toán
Các trường hợp bất lợi có thể xảy ra với cống là Mới thi công xong, trong cố chưa có nước.
Mực nước phía đồng lớn nhất, mực nước phía sông nhỏ nhất. Mực nước phía sông lớn nhất, mực nước phía đồng nhỏ nhất.
19
k
T
T
Trong đồ án này tiến hình tính toán kiểm tra với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất.
∆H = Zmax - Zmin = 6,30 – 0,92 = 5,38 m.
sông đồng
Trong thực tế, khi công phân thành nhiều mảng bởi các khớp lún thì cần kiểm tra cho tất cả các khớp lún đó, Trong đồ án này chỉ kiểm tra cho 1 mảng.
15.0
1.5 0.5
0.5 0.5
5.2 Tính toán ổn định trượt cho trường hợp đã chọn
a) Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán
Các lực đứng
Bao gồm trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác,cửa van,tường ngực, mố cống, bản đáy,nước trong cống (nếu có), phần đất giữa 2 chân khay (trong phạm vi khối trượt) và các lực đẩy ngược (thấm thuỷ tĩnh) .
Trọng lượng bản đáy
Chiều rộng bản đáy cống B = ∑ b + ∑ dg + ∑ db = 12 + 1 + 1 = 14 m. Diện tích mặt cắt ngang F = 15.1 + 2.(1+ 0,5) .0,5 = 15,75 m2
2
Hình 12 Kích thước của bản đáy
Thể tích bê tông V = F.B = 15,75.14 = 220,5 m3
Trọng lượng bản đáy G1 = b.V = 2,4.220,5 = 529,2 T
Trọng lượng trụ giữa
Chiều cao trụ pin H = 8,4 – (-1) = 9,4 m.
Diện tích mặt cắt F = 1.12 + .0,52 = 12,785 m2