Kết cấu cống được xõy dựng là cống điều tiết nước kết hợp cầu giao thụng tải trọng H3ữH13 tuỳ yờu cầu thiết kế.
61 6
1
Hỡnh3-4 . Kết cấu cống cú kết hợp cầu giao thụng
+ Kết cấu trụ pin: Cú kết cấu trụ đài cao, mỗi bờn gồm 8 cọc BTCT 35x35 được đúng thành nhúm cọc với 4 cọc đúng thẳng đứng và 4 cọc đúng xiờn (với gúc xiờn1:7), cỏc đầu cọc liờn kết với dầm van bằng đài cọc rộng 240cm cao 100cm dài 600cm. Trụ đỡ cầu gồm 2 cột đỡ phớa trờn là xà mũ đỡ dầm cầu. Hai trụ pin cống cũng là kết cấu hai trụ giữa của cầu giao thụng trờn cống, việc này sẽ thuận tiện để cho phộp bố trớ kết cấu khe kộo cửa van lờn khi cú yờu cầu sửa chữa, kiểm tra
Để đảm bảo an toàn cho cụng trỡnh khi cú phương tiện vận tải thuỷ đi qua, cỏch tim tuyến cụng trỡnh về hai phớa thượng và hạ lưu 15m cú bố trớ hệ thống trụ chống va tàu (mỗi trụ gồm 3 cọc BTCT đúng theo hỡnh tam giỏc) được sơ phản quang và gắn biển cảnh bỏo. Phớa hạ lưu cống là hàng cừ gỏc dầm chớnh cửa van khi cửa cống hạ xuống.
Đèn cao áp Đèn cao áp 100 205 40 205 100 30 40 30 50 20 30 10 0 450 650 275 100 275 150 60 85 60 85 60 150 Hỡnh3-5 . Kết cấu trụ cầu
+ Kết cấu cầu giao thụng: Là loại cầu giao thụng BTCT tải trọng H8ữH13 được chia làm 3 nhịp: nhịp giữa trờn cống và hai nhịp dẫn là kết cấu cầu BTCT, dầm chịu lực cú thể dựng dầm BTCT dự ứng lực loại. Chiều rộng mặt cầu B = 4ữ8m.
- Cao trỡnh đỏy dầm phần thụng thuyền thiết kế tuỳ theo độ lưu khụng cho phộp của cầu.
+ Kết cấu cửa van: Cửa van cụng trỡnh là loại cửa van tự động trục đứng 2 chiều. Cửa van cũng bao gồm cỏc bộ phận: dầm chớnh, dầm đứng chớnh, dầm ngang phụ, dầm đứng phụ, dầm đỏy, cỏc cụm cối trục, tai kộo cửa, cụm kớn nước đỏy, cụm kớn nước bờn.
Phương ỏn bố trớ và sử dụng vật liệu: Khung chịu lực và bản mặt cú thể bằng thộp CT3, hoặc thộp khụng rỉ SUS-304.
3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRèNH THIẾT KẾ KẾT CẤU CỐNG LẮP GHẫP CẢI TIẾN CỦA ĐỀ TÀI
Quy trỡnh cụng nghệ tớnh toỏn thiết kế kết cấu cống lắp ghộp cải tiến của đề tài được tiến hành như sau:
3.2.1. Chọn tuyến và vị trớ xõy dựng cống
* Vị trớ xõy dựng cống
Mục tiờu của đề tài nghiờn cứu cho vựng dao động mực nước thấp
(∆z≤0,50ữ1,20m) ở cỏc tỉnh ĐBSCL. Vị trớ xõy dựng cụng trỡnh thường được lựa chọn
là đầu kờnh chớnh hoặc kờnh cấp 2 trong hệ thống kờnh rạch đó được quy hoạch ở ĐBSCL.
* Tuyến xõy dựng cống
Việc lựa chọn tuyến xõy dựng cống tuõn thủ theo cỏc quy định trong cỏc quy phạm thiết kế cống hiện hành nhằm đảm bảo cỏc mục tiờu về kinh tế và kỹ thuật hợp lý nhất là tiết kiệm kinh phớ đầu tư xõy dựng, hạn chế ảnh hưởng đến mụi trường và đời sống ổn định của nhõn dõn, đảm bảo kết hợp thuận lợi cả giao thụng thuỷ và giao thụng bộ qua cụng trỡnh.
SƠ ĐỒ QUY TRèNH CễNG NGHỆ THIẾT KẾ CỐNG LẮP GHẫP
3.2.2. Tớnh toỏn thuỷ lực cống
+ Mục đớch: Xỏc định khẩu diện và tớnh toỏn tiờu năng cho cống.
* Tớnh toỏn khẩu diện cống
+ Trường hợp tớnh toỏn:
Chọn khi chờnh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần thỏo lưu lượng Q lớn.
Chọn tuyến và vị trớ xõy dựng cống
Sơ bộ chọn loại cừ thiết kế Cỏc phương ỏn bố trớ cụng trỡnh
ok K
Tài liệu cơ bản
(Địa chất, địa hỡnh, thuỷ văn, thuỷ lực)
Thiết kế kết cấu phần thuỷ cụng
Thiết kế kết cấu cửa van
cống Thiết kế kỹ thuật thi cụng Lập dự toỏn đầu tư Kiểm tra ổn định cụng trỡnh K min
Kiểm tra biến dạng (ψ)
Kiểm tra chuyển vị ∆n Tớnh toỏn thuỷ lực
+ Chọn cao trỡnh ngưỡng cống:
Cú thể chọn bằng hoặc cao hơn đỏy kờnh. Để tăng khả năng thỏo nước cũng như năng lực vận chuyển của cỏc phương tiện lưu thụng qua cụng trỡnh nờn chọn ngưỡng thấp. Thụng thường, với kết cấu cống lắp ghộp bằng cừ BTCT dự ứng lực cao trỡnh ngưỡng cống chọn cao hơn cao trỡnh đỏy kờnh khoảng 0,50m để thuận tiện cho việc vận hành cửa van.
+ Hỡnh thức ngưỡng cống:
Ngưỡng cống chớnh là kết cấu dầm van trờn đầu hàng tường cừ chống thấm tại khoang cửa cống, ngưỡng cống thấp được chọn là loại đập tràn đỉnh rộng.
+ Chiều rộng thụng nước: (Bc)
Chiều rộng cống đảm bảo tiờu thoỏt nước vào mựa lũ và kết hợp với giao thụng thuỷ về mựa khụng cần ngăn mặn, cho phộp cỏc phương tiện vận tải thuỷ qua lại an toàn và thuận tiện trong quỏ trỡnh vận hành và hạn chế chi phớ xõy dựng hạng mục cụng trỡnh chống xúi lở hạ lưu cụng trỡnh.
Từ cụng thức tớnh lưu lượng qua cống (theo cụng thức đập tràn đỉnh rộng trạng thỏi chảy ngập) : ) ( 2g H0 h h B Q=ϕnϕg C − (m3/s) (4.1)
ϕn hệ số lưu tốc khi chảy ngập phụ thuộc vào hệ số lưu lượng (Cumin)
ϕg Hệ số co hẹp ngang, lấy theo QPTL C-8-76 (ϕg = 0,5.ε0 + 0,5) Bc Chiều rộng của cống
Ho Cột nước toàn phần tớnh từ ngưỡng tràn trở lờn. h Chiều cao cột nước trờn ngưỡng cống.
Suy ra: B . .h. 2Q.g.(H h) o g n c − = ϕ ϕ (4.2) Tra bảng được cỏc hệ số : ϕn = 1, ϕg = 1 ;
Thay cỏc giỏ trị : Ho, h; g = 9,81m/s2 vào cụng thức trờn xỏc định được Bc . Mặt khỏc, Chiều rộng thoỏt nước Bc phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau đõy:
Hệ số thu hẹp dũng chảy (k=Bc/Bk) = (0,75ữ0,80) để khụng làm thay đổi mụi trường kờnh tự nhiờn.
Thoỏt nước thuận lợi. Qmax >Qyc đảm bảo yờu cầu thoỏt nước. Lưu thụng thuỷ và quản lý vận hành cụng trỡnh thuận lợi.
* Tớnh toỏn tiờu năng phũng xúi
+ Trường hợp tớnh toỏn: Khi thỏo lưu lượng qua cống với chờnh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn.
- Với cống lấy nước: Mực nước ngoài sụng lớn hơn mực nước trong đồng và phụ thuộc vào lưu lượng lấy vào. Sử dụng cửa van tự động hai chiều dạng cỏnh cửa, để độ mở cửa van mở tối đa ( 90°) với mọi tổ hợp mực nước, trong kết cấu đỏy cống cần cú bộ phận lưỡi và gờ (đó cú đề tài nghiờn cứu riờng ỏp dụng cho cống truyền thống, trong phạm vi luận văn này khụng đề cập, đõy cũng là một trong những hạn chế của đề tài). Theo tỏc giả, cần kết hợp cả tớnh toỏn theo lý thuyết và thớ nghiệm mụ hỡnh hoặc trắc đạc cỏc cụng trỡnh mới thử nghiệm như cống Ninh Quối. Khi cú số liệu đo đạc thực tế thỡ mới cú cơ sở kiểm tra kết quả tớnh toỏn và quyết định hỡnh thức xử lý tiờu năng chống xúi lở cho cụng trỡnh.
- Với cống tiờu kết hợp dõng nước: Trường hợp mực nước ngoài sụng nhỏ nhất và mực nước trong đồng lớn. Khi tiờu nước, cửa van được mở hoàn toàn và khi dõng nước (trường hợp ngăn lũ) thỡ đúng kớn.
+ Lưu lượng tớnh toỏn tiờu năng:
Với cống lấy nước: Mực nước hạ lưu phụ thuộc vào lưu lượng lấy vào, để xỏc định lưu lượng tớnh toỏn tiờu năng cần tớnh với cỏc cấp lưu lượng từ Qmin đến Qmax, với mỗi cấp độ Q, cần xỏc định độ mở cống a, độ sõu liờn hiệp hc” và độ sõu hạ lưu hh. Lưu lượng tớnh toỏn Qtt ứng với (hc”- hh)max.
Với cống tiờu kết hợp dõng nước tưới: Trong trường hợp mực nước hạ lưu cống khụng phụ thuộc lưu lượng thỏo qua cống. Khi mực nước thượng lưu đó khống chế, Qtt
+ Tớnh toỏn kớch thước thiết bị tiờu năng.
Với kết cấu cống lắp ghộp bằng cừ BTCT dự ứng lực được xõy dựng trong vựng dao động mực nước thấp (∆z ≤ 0,50ữ0,70m), khẩu độ cửa cống lớn, mức độ thu hẹp dũng chảy nhỏ nờn trong trường hợp vận hành cống dũng chảy qua cụng trỡnh cú lưu tốc khụng thay đổi nhiều nờn hạn chế tối đa hiện tượng xúi lở bờ và đỏy kờnh phớa thượng hạ lưu cụng trỡnh. Kết cấu cụng trỡnh tiờu năng được chọn cũng là dạng thi cụng lắp ghộp ở trong nước, vật liệu phổ biến là rọ và thảm đỏ bọc PVC.
3.2.3. Tớnh toỏn ổn định cụng trỡnh
* Tớnh toỏn ổn định cụng trỡnh theo trạng thỏi giới hạn thứ nhất (Theo cường độ và ổn định).
Kết cấu cống lắp ghộp bằng cừ bản BTCT dự ứng lực là một dạng cụng trỡnh ổn định trờn hệ cọc ngàm vào đất nền. Vỡ vậy, khả năng chịu tải cụng trỡnh phụ thuộc vào chiều sõu chụn cọc và sức chịu tải của chỳng theo đất nền.
a. Xỏc định lực tỏc dụng lờn cụng trỡnh.
Thụng thường lực tỏc dụng lờn cống bao gồm:
+Ap lực nước phớa ngoài sụng và trong đồng; + Trọng lượng bản thõn cụng trỡnh,
+ Áp lực đất
+ Tải trọng do cỏc thiết bị lắp đặt trờn trụ pin, + Áp lực do súng, giú, …
b. Xỏc định sức chịu tải của hệ cọc:
Chọn loại cọc và chiều sõu đúng cọc căn cứ vào tải trọng tỏc dụng và điều kiện địa chất của nền
Xỏc định sức chịu tải của cọc theo quy phạm : + Đối với cọc chống:
Qgh = k.m.Rtc.F (4.3) + Đối với cọc treo (cọc ma sỏt):
Qgh = k.m.(Rtc.F +u.∑ftc
i.li) (4.4)
Trong đú:
k = 0,7 -Hệ số đồng nhất của đất; m = 0,9 -Hệ số điều kiện làm việc;
F: diện tớch mặt tỳ trờn đất tớnh bằng m2, lấy bằng toàn bộ mặt cắt ngang của cọc; Rtc : Cường độ tiờu chuẩn của đất dưới chõn cọc tớnh bằng T/m2;
U : Chu vi mặt cắt ngang của cọc tớnh bằng m; ftc
i : Cường độ tiờu chuẩn của lớp đất thứ i của nền tại mặt bờn của cọc (T/m2); li : Chiều dày của lớp đất thứ tiếp giỏp với mặt xung quanh cọc (m).
c. Kiểm tra lực tỏc dụng lờn hệ cọc:
Để bảo đảm ổn định, tải trọng tỏc dụng lờn mỗi cọc luụn luụn nhỏ hơn sức chịu tải tớnh toỏn của chỳng:
m gh c n P P =∑ ≤ Q (4.5)
Với: Pm - lực tỏc dụng lờn mỗi cọc; ΣP- tổng tải trọng tỏc dụng lờn hệ cọc; Qgh- sức chịu tải giới hạn tớnh toỏn của cọc; nc- số lượng cọc trong hệ cọc.
d. Tớnh toỏn ổn định trượt cụng trỡnh
Điều kiện để cụng trỡnh khụng xảy ra trượt phẳng:
(4.6)
Trong đú: Kn – hệ số tin cậy, đối với cụng trỡnh cấp IV, Kn=1.1
m- hệ sốđiều kiện làm việc m =1; nc- hệ số tổ hợp tải trọng, nc =1 N- tổng tải trọng đẩy trượt :
N = T + E - Tt t h (4.7) . c n m n N R k ≤
Tt; Th – Lực tỏc dụng theo phương ngang phớa thượng, hạ lưu. Et – Áp lực chủ động của đất phớa thượng lưu
R – tổng tải trọng giữ trượt k
R = (P-U).tg + m.E + C.Fϕ (4.8)
P - tổng thành phần tải trọng thẳng đứng tỏc dụng lờn cụng trỡnh trong mặt phẳng tớnh toỏn.
U - tổng ỏp lực ngược hướng từ dưới lờn và thẳng gúc với mặt phẳng. Ek - ỏp lực bị động của đất phớa hạ lưu.
m- hệ số xột đến quan hệ ỏp lực bị động và chuyển vị ngang của cụng trỡnh, m=0.7
F – diện tớch phần múng quy ước
C, ϕ - lực dớnh và gúc ma sỏt trong của đất nền dưới chõn cọc.
* Tớnh toỏn ổn định cụng trỡnh theo trạng thỏi giới hạn thứ hai (trạng thỏi ứng suất biến dạng)
a. Tớnh sức chịu tải của đất nền dưới chõn trụ pin.
Sức chịu tải của nền được tớnh theo cụng thức:
Rtc =(A.b + B.h).γđn +D.Ctc (4.9) Trong đú: b; h- chiều rộng và chiều sõu chụn múng;
A, B, D – cỏc hệ số khụng thứ nguyờn, phụ thuộc vào gúc ma sỏt trong của đất dưới dưới đỏy mong cụng trỡnh (lấy theo bảng); Ctc - lực dớnh tiờu chuẩn của đất nền;
γđn- dung trọng đẩy nổi của đất nền dưới chõn cọc;
Rtc - sức chịu tải tiờu chuẩn của nền dưới chõn cọc
b. Xỏc định ứng suất dưới chõn trụ pin.
tb qu qu P σ F = (4.10)
Với: σtb - ứng suất trung bỡnh dưới đỏy múng; Pqu - tổng tải trọng đứng tỏc dụng lờn khối múng quy ước; Fqu - diện tớch khối múng quy ước.
Đất nền dưới chõn chõn cọc đảm bảo khả năng chịu tải khi thỏa món điều kiện:
tb tc
σ ≤R (4.11)
c. Xỏc định độ lỳn của trụ pin.
Độ lỳn của múng trụ pin được tớnh theo phương phỏp cộng từng lớp theo cụng thức [10]:
S=∑Si (4.12) Với : Si = β.σzi.hi/Ei (4.13) Trong đú : Si- độ lỳn lớp đất thứ i
σzi- ứngsuất tăng thờmgõy biến dạng đối với lớp đất thứ i hi- chiều dày lớp đất thứ i
Ei- mụ đun biến dạng của lớp đất thứ i
β - hờ số phụ thuộc vào hệ số nở hụng μ, lấy β = 0.8
Để cụng trỡnh ổn định, độ lỳn của trụ pin khụng được vượt quỏ giỏ trị cho phộp
S ≤Sgh (4.14)