đồ án môn học thủy công 3

Một tài liệu giúp đỡ các bạn học ngành thủy lợi làm đồ án môn học thủy công 3. Trông quá trình làm cũng còn nhiều sai sót mong các bạn đóng góp thêm. Tài liệu hữu ích akjbjfihb vnjhftb mmcdvqg mnmdcihd

ĐỒ ÁN THUỶ CÔNG

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

(Đề số : 49)

A TÀI LIỆU

1 Nhiệm vụ :Cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu

nước, ngăn triều và giữ ngọt.Diện tích tiêu 30.000ha

2 Các lưu lượng và mực nước thiết kế

Z

  m

min s«ng

Z

  m

max s«ng

5 Chiều dài truyền sóng

Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

1 Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

2 Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng

3 Chọn cấu tạo các bộ phận cống

4 Tính toán thấm và ổn định cống

5 Chuyên đề: tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi

6 Bản vẽ: 1-2 bản A1 thể hiện cắt dọc,mặt bằng,chính diện thượng lưu,hạ lưu,cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

§1 GIỚI THIỆU CHUNG

I Vị trí,nhiệm vụ công trình

1.Vị trí

Khi xác định vị trí dặt cống cần chú ý các đặc điểm sau:

Chọn vị trí cống sao cho dòng chảy được thuận lợi và thỏa mãn các yêu cầu đề ra: tiêu

nước ngăn chiều và giữ ngọt

Nơi xậy dựng công trình thì phải thỏa mãn điều kiện thi công,cho giao thông vân tải qua cống.tuân theo nguyên tắc sử dụng tổng hợp

Về địa chất phải chọ nơi có vùng đất tốt hoặc không phức tạp để giảm bớt khối lượng sử

lí nền,đảm bảo không xảy ra lún không đều gây mất an toàn và giảm tuổi thọ của công trình,và không gây khó khăn cho thi công

Trong quá trình thiết kế cống trước hết cần căn cứ vào địa hình,địa chất,thủy văn,nhiệm

vụ thiết kế và các điều kiện cụ thể khác để chọn hình thức kết cấu cống.Sau đó thong qua tính toán thủy lực ,tính toán kết cấu mà sửa chuwaxx các bộ phận cho phù hợp

2.nhiệm vụ :

Cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu nước, ngăn triều

và giữ ngọt.Diện tích tiêu 30.000ha

II Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

1 Cấp công trình: Theo QCVN 04-05 2012,Dựa vào 2 điều kiện:

a Dựa vào chiều cao của công trình

Chiều cao của công trình được sác định như sau

H= ∇ đỉnhcống - ∇ đáy kênh = Z sông max - Z kênh đáy + d = 6,45-(-1)+2= 9,45 (m)

Trong đó :d là độ vượt cao an toàn ,chọn d=2 m

Tra bảng với đập bê tông trọng lưc trên nền đất với H= 9,45 thì cấp công trình là cấp III

b.Dựa vào nhiệm vụ của công trình:

Nhiêm vụ của công trình là tiêu nước cho 30.000 ha tra bảng ta có cấp công trình là cấp II

Vậy ta chọn cấp công trình là cấp II

2 Các chỉ tiêu thiết kế

Từ cấp công trình,theo TCXDVN 285-2002 ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế :

- Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất thiết kế : P = 0,5%

- Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất kiểm tra : P = 0,1%

- Tần suất gió thiết kế ở MNDBT : P = 2%

- Tần suất gió thiết kế ở MNLTK : P = 50%

- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1,00

- Hệ số tin cậy : Kn = 1,2

§2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG

Mục đích: Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng

I Tính toán kênh hạ lưu

- Độ sâu nước trong kênh:

h=Z TK sông−Z đáy kênh=3,62−(−1)=4,62 m

Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực,tìm chiều rộng B của kênh với các điều kiện :

II Tính toán khẩu diện cống

1 Trường hợp tính toán: chọn khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và cần tiêu

lưu lượng tiêu thiết kế

→ H0=H + ∝V02

2 g =4,78+

1 0,8122.9,81=4,81 m

Lấy.∑b=10 mChia cống thành 2 khoang,mỗi khoang rộng 5m.Mố trụ lượn tròn, dày

- Tính lại ε0và m:

ε0= ∑b

∑b+∑d=

1010+2=0,83 ≠ ε0 >¿ =0,97 ¿

-Giả thiết lại ε0'=0,83 → φg '=0,5 ε0'+0,5=0,5.0,83+0,5=0,915

- Tính lại chiều rộng cống với φ g '=0,915 và φ n '=0,974:

φ ' n φ g ' h√2 g(H0−h)=

900,974.0,915 4,62√2.9,81(4,81−4,62)=10,3 m

Vậy.∑b=12 mCống gồm 3 khoang,mỗi khoang rộng 4 m Mố trụ lượn tròn, dày 1m,mố

- Tính lại ε0và m:

ε0= ∑b

∑b+∑d=

1212+3=0,8 ≅ ε0> ¿ =0,83 ¿

- Kiểm tra lại trạng thái chảy

Lưu lượng đơn vị qua cống:

h k)pg=1,2 ÷1,4 → trạng thái chảy là chảy ngập

- Kiểm tra khả năng tháo:

ε 0 tt=0,8 → φgtt=0,5.0,8+0,5=0,9

m tt=0,369→ φ ntt=0,978

Lưu lượng

Q tt=φ tt φ gtt ∑b h √2 g(H0−h)

¿0,978.0,9 12.4,62 √2.9,81 (4,81−4,62)

¿94,2(m3

s )

→ Q tt>Q tn

Vậy đập đảm bảo khả năng tháo

III Tính toán tiêu năng phòng xói

1 Trường hợp tính toán : Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước

thượng hạ lưu lớn.Với cống tiêu vùng triều đó là trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất và ở phía đồng là mực nước đã khống chế.Trường hợp này thường tranh thủ mở hết cửa van để tiêu,lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng tiêu thiết kế.Tuy nhiên chế độ đó chỉ duy trì trong thời gian ngắn

- Mực nước phía đồng ( thượng lưu) với Z đồng khốngchế=3,78 m, Z đá y k ên h=−1m

→ h TL=Z đồng khốngchế−Z đá y k ê n h=3,78−(−1)=4,78 m

- Mực nước phía sông ( hạ lưu) với Z sông min=0.2m, Z đá y k ên h=−1m

→ h HL=Z sông min−Z đáy kênh=0,2−(−1)=1,2 m

Chiều cao mực nước tính toán tiêu năng:

H max=h TL=Z đồng khống chế

−Z đáy kênh=3,78−(−1)=4,78 m

2 Lưu lượng tính toán tiêu năng

ax

.Với cống tiêu vùng triều,do cống đặt gần sông nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc

Xác định độ mở a của cống trong trường hợp này:

3 Tính toán kích thước thiết bị tiêu năng

a Chọn biện pháp tiêu năng: do cống đặt trên nền đất nên ta dùng biện pháp đào bể tiêu

=0,584 Trabảng ta đượcτc¿

= 0,631

h} = {τ} rsub {c} rsup {c H0=0,631.4,81=3,035m

- Xác định chiều sâu bể tiêu năng theo phương pháp thử dần

+ Giả thiêt chiều sâu bể tiêu năng là d0¿

0.34768 7

0.48123 2

3.27237 8

1.19727 3

1.03872

4 4.81 5.857 1.03872

4

5.84872

4

0.43587 3

0.53002 6

3.09997 6

1.18034 3

0.87463

2 4.81 5.857 0.87463

2

5.68463

2

0.45488 1

0.53957 8

3.06730 5

1.17680 8

0.84386

2 4.81 5.857 0.84386

2

5.65386

2 0.4586

0.54144 7

3.06126 7

1.17614 3

0.83818

8 4.81 5.857 0.83818

8

5.64818

8

0.45929 1

0.54179 4

3.06015

7 1.17602

0.83714

5 4.81 5.857

b.2 Chiều dài bể tiêu năng:

§3 BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG

I Thân cống : Bao gồm bản đáy,trụ và các bộ phận bố trí trên đó

1 Cửa van : Do lỗ cống có kích thước nhỏ nên ta dùng loại cửa van phẳng

2 Tường ngực : Bố trí để giảm chiều cao cửa van và lực đóng mở

a Các giới hạn của tường ngực

Ztt là mực nước tính toán khẩu diện cống :Z tt=Z đồng khống chế

H- chiều sâu nước trước cống H = 3,62 – (-1,00) = 4,62m

s- góc kẹp giữa trục dọc của cống và hướng gió.Lấy s=00

∆ h=2 10−6. 28

2.2009,81.4,62=0,0069 m

s k hs

 

+ Tính các đại lượng không thứ nguyên:

9,81.6.3600

756828

gD

Tra đồ thị hình P2-1 ta được :

2 2

0,003.28

9,810,52.28

s V

Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu : H = 4,62m > 0,5 λ = 1,75m.Vậy giả thiết sóng nước sâu

0, 24

0,073,5

Trong đó: V’- vận tốc gió bình quân lớn nhất.Với P=50% thì V’ = 14m/s

D’- đà sóng ứng với Zsông max D’ = 300m

+ Tính các đại lượng không thứ nguyên:

Do chiều cao tường không lớn nên chỉ cần bố trí 2 dầm đỡ (ở đỉnh tường và đáy tường)Bản mặt đổ liền khối với dầm.Chiều dày bản mặt 0,3m.Kết cấu tường sẽ được chính xác hoá sau khi tính toán kết cấu.

Hình 3Sơ đồ t ờng ngực3

0,5

0,5

0,5

1

0,3

3 Cầu cụng tỏc : là nơi đặt mỏy đúng mở và thao tỏc van.Chiều cao cầu cụng tỏc cần

đảm bảo sao cho khi kộo hết cửa van lờn vẫn cũn khoảng khụng cần thiết để đưa van ra khỏi vị trớ khi cần.Chiều cao cầu cụng tỏc cú thể xỏc định như sau :

Hct = Zct - Zđỉnh cống

4,3m

- L là chiều cao cửa van.Lấy L = Z đỉ n ht ườ ng−Z đỏ y−H t+a

¿7,3−(−1)−3+0,5=5,8 m

- d là kớch thước bộ phận truyền động,dầm,bản mặt cầu cụng tỏc.Sơ bộ lấy d = 1m

0.3 0.6

0.3

0.15 0.3

0.2m0.3m

5m

0.5m0.5m

0.5m

0.3m1m

2.4m

0, 3

0, 3

0, 2

0, 2

0, 3

2, 0

H×nh 4 CÇu c«ng t¸c 4,

3

0, 2

0, 2

4 Khe phai và cầu thả phai : bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang

cống khô ráo khi cần sửa chữa.Do cống không lớn nên ta thả phai bằng thủ công.Chiều rộng khe phai bằng 0,3m

Hình 5 Cầu thả phai

5 Cầu giao thông

Hình 6: Cầu giao thông

6 Mố cống: bao gồm mố trụ và mố bên.Mố trụ dày 1,0m ; mố bên dày 0,5m.Mố lượn

tròn,trên mố bố trí khe phai và khe van

7 Khe lún: do cống nhỏ nên ở đây không cần bố trí khe lún.

8 Bản đáy: sơ bộ chọn chiều dày bản đáy là 1,0m.Chiều dày bản đáy sẽ được chính xác

hoá sau khi tính toán kết cấu

Chiều dài bản đáy sơ bộ chọn bằng 15m

II Đường viền thấm: bao gồm bản đáy cống,sân trước,bản cừ và chân khay

1 Sân trước: vật liệu làm sân là đất sét và a sét để tận dụng vật liệu địa phương

- Chiều dài sân : L s 3 4 H

Trong đó H là cột nước tác dụng lên cống ,

H= 4,62 m

- Chiều dày sân: Khi dân làm bằng đất sét hay á sét thường làm chiều dày thay đổi từ đầu

sân xác định theo yêu cầu chống thấm

t2≥ ∆ h

[J]

[J]: gradient thấm cho phép phụ thuộc vào vật liệu làm sân

→ chọn t1=0,6 m, t2=1 m

2 Bản cừ

a Vị trí đóng cừ : do cống chịu đầu nước 2 chiều nên ta có thể đóng cừ ở phía đầu nước

cao hơn là phía đồng, còn phía sông mực nước triều lên xuống nhiều nên có thể không cần đóng cừ

b Chiều sâu đóng cừ : do tầng thấm rất dày (20m) nên ta phải đóng cừ treo.

Lấy S = 0,8H = 0,8.4,62 = 3,7m Lấy S = 4m.

3 Chân khay: chân khay bố trí ở 2 đầu bản đáy,bấm sâu vào nền để tăng ổn định cho

công trình.(xem bản vẽ)

4 Thoát nước thấm : làm các lỗ thoát nước đường kính 5cm ở sân tiêu năng.Do cống

làm việc với cột nước 2 chiều nên đoạn sân tiêu năng giáp với bản đáy sẽ không đục lỗ Đoạn này sẽ đóng vai trò như 1 sân trước ngắn khi cống làm việc trong trường hợp ngăn chiều.Dưới sân tiêu năng có tầng lọc ngược gồm 1 lớp đá dăm dày 20cm và 1 lớp cát dày 20cm

5 Kiểm tra đường viền thấm

H- chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống H = 6,45 – 1,2 = 5,25m

C- hệ số phụ thuộc tính chất đất nền.Với cát hạt trung C = 5

n tt

Vậy chiều dài đường viền thấm đảm bảo độ bền thấm chung

III Nối tiếp cống với thượng hạ lưu

1 Nối tiếp thượng lưu

Góc mở của tường về phía trước với

14

tg 

Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu có lớp phủ chống xói bằng đá xây khan dày 0,5m.Chiều

đệm gồm 1 lớp đá dăm dày 15cm và 1 lớp cát dày 15cm

2 Nối tiếp hạ lưu

- Tường cánh: như tường cánh thượng lưu nhưng góc mở nhỏ hơn 1

15

tg 

( 1 110)

- Sân tiêu năng:bằng bêtông đổ tại chỗ,dày 0,5m,có đục lỗ thoát nước

- Sân sau : bằng đá xếp,phía dưới có tầng lọc ngược.Chiều dày sân sau là 0,5m

Chiều dài sân sau xác định theo kinh nghiệm :

H - chênh lệch cột nước thượng hạ lưu ∆ h=5,25 m

→ L ss=10√5,86.√5,25=36,64 m

§4 TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG

I Những vấn đề chung

1 Mục đích: xác định lưu lượng thấm q,lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wt và gradient

Trong phạm vi đồ án này chỉ tính với trường hợp 3

3 Phương pháp tính : có nhiều phương pháp tính thấm dưới đáy công trình.Ở đây dùng

phương pháp vẽ lưới thấm

II Tính thấm cho trường hợp đã chọn

1 Vẽ lưới thấm

22 3

BA

III Kiểm tra độ bền thấm của nền

1 Kiểm tra độ bền thấm chung

tb K tb n

J J K



J - gradient thấm tới hạn trung bình tính toán K tb

Kn = 1,20 là hệ số độ tin cậy

Jtb xác định theo phương pháp của Viện VNIIG :

tb

tt i

H J

T 





H- cột nước tác dụng : H = 5,8m

Ttt- chiều sâu tính toán của nền

T3

23

    

6

14 0,5.4

0,64918,5

   

- , : Bộ phận giữa

3

40,5

i i tt

phải tầng lọc ngược để bảo vệ!

a Các lực đứng : bao gồm trọng lượng cầu giao thong,cầu công tác,cầu thả phai,cửa

van,tường ngực,mố cống,bản đáy,nước trong cống,phần đất giữa 2 chân khay và các lực đẩy ngược

- Trọng lượng cầu giao thông :

+ Chiều dài cầu

L = BC = 15 m+ Diện tích mặt cắt ngang cầu

3 0,5

0.3 0.6

0.3

0.15 0.3

+ Trọng lượng cầu công tác

H- chiều cao cửa van : H = 5,5m

l - chiều rộng cửa van : l0 0 = 2.5 = 10m

- Trọng lượng đất giữa 2 chân khay : G® bh .F L®

3

1,52 0,38.1 1,9 /

      

•Fđ- diện tích đất giữa 2 chân khay : Fđ = 6,75m2

•L- chiều dài đất giữa 2 chân khay : L = 11m

K e t C

a h

Vậy hệ số cố kết không thoả mãn điều kiện trượt phẳng!

Như vậy,công trình không thoả mãn điều kiện trượt phẳng.Chỉ cần kiểm tra ổn định trượt sâu và trượt hỗn hợp.Trong phạm vi đồ án không trình bày tính toán ổn định trượt sâu và trượt hỗn hợp!

§6 TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY CỐNG

I Mở đầu

1 Mục đích: xác định sơ đồ ngoại lực,tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy

2 Trường hợp tính toán

- Mực nước sông max,mực nước đồng min

Ở đây ta chỉ tính toán với trường hợp 3 : Z sông max

=6,45m ;Z đồng min =1,2 m

3 Chọn băng tính toán: tính toán cho băng ở sau cửa van có chiều rộng 1m (băng cách

đầu bản đáy 1 khoảng 6m)

II Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn

1 Lực tập trung truyền từ các mố: đây chính là áp lực đáy mố trong phạm vi băng

đang xét

Các lực tác dụng :

Các lực này được tính trong phạm vi phụ trách của mố (nửa nhịp cống khi tính cho mố bên,2 nửa nhịp 2 bên khi tính cho mố trụ)

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO MỐ TRỤ(Quy ước mômen quay ngược chiều kim đồng hồ là dương)

Sơ đồ tính toán lực của mố trụ truyền lên bản đáy

Sơ đồ tính toán lực của mố bên truyền lên bản đáy

dmb- chiều dày mố trụ : dmb = 0,5m

 P mb'  26,891.1.0,5  13, 446 T

2 Các lực phân bố trên băng

- Trọng lượng nước trong cống : q0 n .h b n

- Phản lực nền (sơ bộ coi là phân bố đều) : q3 p b p

7,73

2,437

ppb

y1 : khoảng cách từ trọng tâm các mố tới trục x0 y1 = 5,5m

y2 : khoảng cách từ trọng tâm bản đáy tới trục x0 y2 = 0,5m

Từ biểu đồ Sc ta xác định được diện tích phần biểu đồ Sc ứng với mố là A1 = 27,543 ; diện

- Tải trọng do xe cộ trên đường : Coi lực tập trung từ bánh xe truyền xuống bản đáy với

5

10

0, 463 /2.9,8 2

III Tính toán nội lực và cốt thép : từ sơ đồ ngoại lực cuối cùng ta vẽ được các biểu đồ

nội lực của băng.Từ đó tính toán,bố trí cốt thép

§7 KẾT LUẬN

Qua quá trình làm đồ án em đã nắm được các bước cơ bản trong việc tính toán,thiết kế

Cống lộ thiên,đồng thời nắm bắt rõ ràng hơn các vấn đề đã được học trên lớp.Tuy nhiên

do trình độ và thời gian có hạn nên đồ án chưa thể đề cập chi tiết đến các kết cấu cống và vẫn còn nhiều sai sót,hạn chế.Kính mong nhận được sự góp ý,chỉ bảo của thầy cô!

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo,GS.TS.Phạm Ngọc Quý và TS.Nguyễn Thế Điện

đã giảng dạy và hướng dẫn chúng em trong quá trình làm đồ án