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 + 272 = 35,5 m
Cột nước lớn nhất tác dụng lên cống
H = Zsôngmax - Zđ ngminồ = 6,30 – 0,92 = 5,38 m. 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 = 13 ; 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
15,0 12,0 0,5 4,0 0,5 6,0
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 = 14.
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 h1 =σ. hc¿
= 3,51 m. V1 là lưu tốc tại chổ đầu đoạn nước nhảy
V1 = b . hQ
1 = 12.3,5190 = 2,14 m/s.
Chiều dày sân tiêu năng là
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 = BQ
BH = 9017 = 5,29 m2/s.m
∆H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu,
∆H =Zđ ngkh ngồố chế –Zsôngmin = 3,66 – 0,25 = 3,41 m.
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
4.1 Những 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 = Zsôngmax - Zđ ngminồ = 6,30 – 0,92 = 5,38 m.
c) Phương pháp tính
Đồ án này tiến hành tính thấm theo phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay.
4.2 Tính 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 đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu.
H=5,38
6,3
0 0,92
-1
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 = ∆ Hn = 5,3816 = 0,336 Tổn thất cột nước tại điểm x cách đường thế cuối cùng i dải
hx = i.∆ h = i. ∆ Hn với iA = 8,5 và iB = 2,5
Điểm A: hA = 8,5.0,336 = 2,858 m Điểm B: hb = 2,5.0,336 = 0,841 m
Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược tác dụng lên công trình
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
2 . Lbđ = 1.2,858+0,841
2 . 15 = 27,741 T/m
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
JTB = ∆ h∆ S = n . ∆ L∆ H = 16.5,38∆ 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 nhB nhA
Hình 10 Biểu đồ Gradien thấm Jr
Từ biểu đồ xác định được:
Jramax = 0,386 < Jracho phép = 0,4 Vậy không có khả năng bị xói ngầm.
4.3 Kiểm 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
JTB≤ JKTB
Kn
Trong đó
JTB là gradien cột nước trung bình của vùng thấm tính toán.
JTBK là gradient cột nước tới hạn trung bình tính toán, lấy theo bảng P3-2 trong Đồ án môn học Thủy công JTBK = 0,25.
Kn là hệ số tin cậy, Kn = 1,2.
Trị số JTB được xác định theo phương pháp của viện VNIIG: JTB = T H
tt.∑❑i
Trong đó
H là cột nước tác dụng.
Ttt là chiều sâu tính toán của nền.
∑❑i là tổng hệ số sức cản của đường viền thấm tính theo P.P Trugaép.
JTB1 JTB2 JTB3 JTB4 JTB5 JTB6 JTB7 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450
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 LS0
0 = 42,310 = 4,23
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 v = 0,44 + 1,5.TS 3 + 0,5. S T3 1−0,75. S T3 = 0,44 + 1,5.196 + 0,5. 6 19 1−0,75. 6 19 = 1,121
Khoảng cách giữa 2 hàng cừ L = 15 m > 6+24 = 5. Vậy ta có
n1 = L−0,5T(S1+S2)
2 = 15−0,518(6+4) = 0,556
Ta có T2 = 18 m , T1 = 18,25 (lấy trung bình) nên thỏa đều kiện 0,5 ≤ TT2
1 ≤ 1 và 0 ≤ TS1 1 ≤ 0,8. Vậy ta có cừ = Ta 2 + 1,5TS1 1 + 0,5. S1 T1 1−0,75. S1 T1 = 0,518 + 1,5. 4 18,25 + 0,5. 4 18,25 1−0,75. 4 18,25 = 0,488
Chiều dài sân trước L = 12 m > 0+24 = 2. Vậy ta có
n2 = L−0,5T(S1+S2) 1 = 12−18,250,5(0+4) = 0,548 MNTL n1 v T3 T0 T1 n2 cừ T2 MNHL ra
Tại cửa ra ta có ra = 0,44 + Ta 0 = ,44 + 0,1519 = 0,466 Vậy ∑❑ = v + n1 + cừ + n2 + ra = 1,121 + 0,556 + 0,488 + 0,548 + 0,466 = 3,178. JTB = T H tt.∑❑i = 25.3,1785,38 = 0,0677 JKTB Kn = 0,251,2 = 0,2083 Vậy JTB = 0,0677 ≤ JKTB
Kn = 0,2083. Thỏa mãn điều kiện trên. b) Kiểm tra độ bền thấm cục 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. Jk là Trị số gradien tới hạn cục bộ, phụ thuộc vào hệ số không đều hạt = dd60
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.
Trong đồ án này tiến hình tính toán kiểm tra với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất.
∆H = Zsôngmax - Zđ ngminồ = 6,30 – 0,92 = 5,38 m.
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.
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 2 = 15,75 m2 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
Thể tích trụ V = H.F = 9,4.12,785 = 120,179 m3
Trọng lượng trụ giữa G2 = b.V = 2,4.120,179 = 288,430 T
Trọng lượng trụ bên
Chiều cao trụ bên cũng là chiều cao trụ pin H = 9,4 m 0.5 0.5
0.5
15.0
1.5
Diện tích mặt cắt F = 12.0,52+ 12.0,5 = 6,393 m2
Trọng lượng trụ bên G3 = b.F.H = 2,4.6,393.9,4 = 144,215 T
Trọng lượng cầu giao thông
Chiều dài của cầu là L = 17 m. Diện tích mặt cắt ngang của cầu
F = 6.0,3 + 2.0,4.0,5 +2.0,4.0,55 + 2.0,8.0,05 = 2,72 m2
Thể tích cầu giao thông V = L.F = 17.2,72 = 46,24 m3
Trọng lượng cầu giao thông G4 = b.V = 2,4.46,24 = 110,976 T
Trọng lượng cầu công tác Chiều dài cầu công tác L = 14 m 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 = 5,58 m2
Thể tích cầu công tác: V= F.L = 14.5,58 = 78,12 m3
Trọng lượng cầu công tác: G5 = 2,4.78,12 = 187,49 T
Trọng lượng cửa van
Cửa van làm bằng thép : Gcv = g.H.l0
Trong đó
l0 là chiều rộng cửa van, l0 = bv + 0,3 = 6 + 0,3 = 6,3 m H là chiều cao cửa van, H = Zđt + 0,5 = 4,16 + 0,5 = 4,66 m Hc là cột nước tính toán tại tâm lỗ cống, H0 = 2,08 m
g là trọng lượng phần động của cửa van phẳng tính cho1m2 lỗ cống. 1m2 lỗ cống. g = 600(√3 Hc. l02 – 1) = 600(3 √2,08.6,32 – 1) = 2012,559 N/m2 0.50 0.05 0.50 6.00 0.10 0.80 5.20 0.40 0.40 0.30 6.50 1.95 2.20 1.95 3.00 0.30 0.20 2.40
Hình 13 Kích thước của cầu giao thông
Hình 14
Trọng lượng cửa van Gcv= g.H.l0 = 2012,559.4,66.6,3 = 59084,7 N = 6,025 T Trọng lượng 2 cửa van G6 = 2Gcv = 2.6,025 = 12,05 T
Trọng lượng nước trong cống Trọng lượng nước phía thượng lưu
GnTL= G7 = V. n = 12.2,984.7,30.1 = 261,398 T Trọng lượng nước phía hạ lưu
GnHL=¿G7’ = V. n = 12.10,782.1,92.1 = 248,147T
Áp lực thấm đẩy ngược
Gthấm = G8 = Wthấm .(∑b + ∑d) = 27,741.(12 + 2) = 388,369 T
Áp suất thủy tĩnh
Gthủy tỉnh = G9 = Wtt.(∑b + ∑d) = 43,80.(12 + 2) = 613,2 T
Trọng lượng phần đất giữa 2 chân khay Thể tích khối đất V = 13+214 .0,5.14 = 94,5 m3
Trọng lượng riêng của đất bão hoà
bh =k + ε+ε1 . n = 1,52 + 0,610,61+1 . 1 = 1,9 T/m3
Trọng lượng riêng khối đất G10 = 1,9.94,5 = 179,55 T Trọng lượng tường ngực
Chiều cao tường ngực H = 4,24 m
Diện tích mặt cắt F = 4,24.0,2 + 2.0,2,0,2 = 0,928 m2
Thể tích trụ V = ∑b.F = 0,928.12 = 11,136 m3
Trọng lượng tường ngực
G11 = b.V = 2,4.11,136 = 26,726 T
Các lực ngang
Áp lực nước thượng, hạ lưu; áp lực đất chủ động ở
chân khay thượng lưu (Ectl), áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu (Ebhl).
Áp lực nước thượng lưu Xác định theo áp lực thủy tĩnh E12 = 12 .n . Htl2.b = 12 .1.7,302.12 = 319,14 T 4.24 0.40 0.20 0.20 Hình 15
Áp lực nước hạ lưu Xác định theo áp lực thủy tĩnh
E13 = 12 . n . Hhl2.b = 12 .1.1,922.12 = 22,118 T b) Xác định áp lực đáy móng
Theo sơ đồ nén lệch tâm
= ∑P
F + ∑M0 W
Trong đó :
∑P là tổng lực đứng
∑M0là tổng momen các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm mảng F là diện tích đáy mảng
W là mô đun chống uốn của đáy mảng
TT Lực Tác Dụng Kí Hiệu
Trị Số Momen Với Tâm O
(+)P (tấn) (-)Q (tấn) CT Đòn (m) Mo (m) 1 Bản đáy G1 529,2 0 0 2 Trụ giữa G2 288,430 0 0 3 Trụ bên G3 144,215 0 0
4 Cầu giao thông G4 110,976 -2,421 -268,673
5 Cầu công tác G5 187,488 3,416 640,459 6 Cửa van G6 12,05 3,416 41,163 7 Nước trong cống ở TL G7 361,398 6,0008 1570,482 8 Nước trong cống ở HL G7’ 248,817 -2,109 -523,912 9 Áp lực thấm G8 -388,369 2,5 -970,922 10 Áp lực thuỷ tĩnh G9 -613,2 0 0 11 Đất chân khay G10 179,55 0 0 12 Tường ngực G11 26,726 4,779 127,725
TT Lực Tác Dụng Kí Hiệu
Trị Số Momen Với Tâm O
(+)P (tấn) (-)Q (tấn) CT Đòn (m) Mo (m) 13 Áp lực nước TL E12 -319,74 2,973 -950,587 14 Áp lực nước HL E13 22,118 1,18 26,1 Tổng 986,882 -297,622 -308,165 Bảng 6 Kết Quả Tính Toán các Lực Tác Dụng
Theo sơ đồ nén lệch tâm,
max = ∑P F + ∑Mo W = ∑P F . (1 + 6.e0 B ) min = ∑FP - ∑Mo W = ∑FP . (1 - 6.e0 B ) Trong đó ∑Plà Tổng các lực đứng
∑Molà tổng mômen của các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm đáy mảng O W là modun chống uốn của đáy mảng
F là diện tích đáy mảng, F = B.L = 14.15 = 210 m2 e0 là độ lệch tâm, e0 = ∑Mo ∑P = −986,882308,165 = - 0,312 Vậy max = 986,882210 . (1 + 6.0,31214 ) = 5,328 T/m2 min = 986,882210 . (1 - 6.0,31214 ) = 4,071 T/m2 tb = σmax+σmin 2 = 5,328+24,071 = 4,699 T/m2
Ta có sơ đồ phân bố tải trọng đáy móng
4,071 T/m2
c) Tính toán trượt phẳng
Ổn định của cống về trượt dược đảm bảo khi:
nc.Ntt ≤ Km
nR (*) Trong đó
nc là hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1 m là hệ số điều kiện làm việc, m = 1 Kn là Hệ số tin cậy = 1,2
CI là lực dính đợn vị của đất nền, CI = 0,3 T/m2
Ntt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt
Ntt = TTL – THL = 319,14 – 22,118 = 297,622 T R là giá trị tính toán của lực chống giới hạn
R = ∑P.tg1 + F.CI = 986,882.tg18 + 210.0,3 = 383,657 T Thay vào (*) ta được