thiết kế kỹ thuật cống nhà băng dự án khép kín tuyến đê, cống ô môn – xà no

Trong mùa mưa, lượng mưa chiếm khoảng 85%tổng lượng mưa toàn năm và phân bố khá đồng đều cho các tháng với số ngày mưa dao động từ 13 đến 15 ngày.. Mục tiêu của dự án Kết hợp với hệ thố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ KỸ THUẬT CỐNG NHÀ BĂNG

DỰ ÁN KHÉP KÍN TUYẾN ĐÊ, CỐNG Ô MÔN – XÀ NO

(PHẦN THUYẾT MINH )

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Ths TRẦN VĂN HỪNG NGUYỄN TRƯỜNG AN

MSSV: 1110501

LỚP: XD Công Trình Thủy 1 K37

Cần Thơ, Tháng 05/2015

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ ÁN

Tiểu dự án khép kín tuyến đê, cống vùng Ô Môn – Xà No ( OMXN) giai đoạn 1 thuộc dự án quản lý thủy lợi phục vụ phát triển nông thôn vùng ĐBSCL(WB6) nằm

ở khu vực trung tâm ĐBSCL

Diện tích tự nhiên của cùng tiểu dự án là : 45.430 ha, bao gồm 1 phần các huyện Phong Điền, Thới Lai, và quận Ô Môn thuộc thành phố Cần Thơ, một phần các huyện Châu Thành A, Vị Thủy và thị xã Vị Thanh thuộc tỉnh Hậu Giang, một phần các huyện Giồng Riềng, Gò Quao thuộc tỉnh Kiên Giang

Khu tiểu dự án được giới hạn bởi:

Phía Đông Bắc giáp sông Tắc Ông Thục

Phía Tây Bắc giáp kênh Ô Môn

Phía Tây Nam giáp sông Cái Tư

Phía Đông Nam giáp kênh Xà No

Tọa độ địa lý của Dự án:

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH

Cống Nhà Băng đặt tại lòng Kênh Nhà Băng thuộc địa phận xã Hòa Lợi và Hòa Hưng, huyện Giồng Riềng, tỉnh Kiên Giang Tim dọc cống theo tim dòng chảy, tim ngang cống (tim cầu trên cống) vuông góc với tim dọc, cách bờ kênh Xà No 42,2m

Hình 1.1 Bản đồ cống Nhà Băng – Kiên Giang

Cống Nhà Băng nói riêng và cả hệ thống cống trên tuyến OMXN nói chung có nhiệm vụ:

- Kiểm soát lũ cả năm cho khoảng 45.430 ha đất tự nhiên, đảm bảo sản xuất nông nghiệp ổn định, bảo vệ vườn cây ăn quả và hệ thống hạ tần cơ sở

- Phục vụ tưới tiêu, xổ phèn, ngăn mặn lấy phù sa cải tạo đất cho 38.800 ha đất nông nghiệp

- Kết hợp cấp nước dân sinh, phát triển giao thông thủy bộ, tạo nền dân cư, môi trường khu vực

-Lớp 1b: Sét hữu cơ màu xám xanh đen, trạng thái chảy đến dẻo chảy Lớp có

chiều dày thay đổi từ 10m đến 18m ( tùy vị trí cống ) Riêng tại vị trí cống Nhà Băng và Giáo Đểu Đ có thêm lớp 1b ( trạng thái dẻo chảy ) nằm bên dưới lớp 1 với chiều dày thay đổi từ 7m đến 10m

Lớp 2a: Á sét nặng màu xám trắng, xám hồng, xám nâu Địa tầng lẫn sạn sỏi,

trạng thái nửa cứng

-Lớp 3: Sét màu xám nâu vàng, đốm trắng, nâu đỏ, xám hồng Cuối tầng lẫn

các lớp á sét trung mỏng Trạng thái dẻo cứng

1.3.4 Khí tượng thủy văn

Đặc điểm khí tượng vùng hưởng lợi các cống cấp 2 Ô Môn – Xà No được

mô tả trên cơ sở dữ liệu thu nhập từ trạm Cần Thơ và Vị Thanh

1.3.4.1 Nhiệt độ

Bảng 1.2 Đặc trưng nhiệt độ tại khu vực nghiên cứu

Bảng 1.3 Lượng bố hơi tại khu vực nghiên cứu

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII NĂM

Bảng 1.4 Độ ẩm bình quân theo các tháng tại khu vực nghiên cứu

E% 79,8 77,5 77,3 84 86,5 86,9 87,9 86,9 87,9 88,1 86,3 83,2

1.3.4.4 Gió mặt đất

Gió thay đổi chiều rõ rệt theo mùa, gió mùa mưa là gió thịnh hành gió Tây Nam hoặc gió Tây, xuất hiện từ tháng V đến tháng X Gió mùa khô có hướng thổi chủ yếu là Đông Bắc và gió Bắc, xuất hiện trong tháng XI đến tháng II năm sau, giữa 2 mùa mưa và mùa khô là thời kỳ chuyển tiếp từ tháng III đến tháng IV, hướng gió thường xuất hiện là gió Đông nam và gió Đông

Tốc độ gió bình quân thay đổi từ 2,0 đến 3,0m/s, tốc độ gió lớn nhất là 30m/s

Vùng dự án ít gặp bão Theo số liệ thống kê 60 năm quan trắc,thì có khoảng 12 trận bão đổ bộ vào bờ biển Nam Bộ, nhưng hầu hết tan nhanh trước khi vào tới đất liền, riêng cây bão số V năm 1997 đổ bộ vào Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau nhưng sức gió chỉ đạt tới cấp 9

1.3.4.5 Mưa

Mưa bị chi phối rõ rệt vào 2 mùa gió:

Mùa khô: từ tháng XI đến VI năm sau Lượng mưa tương đối ít (chiếm khoảng 15% tổng lượng mưa bình quân cả năm)

Mùa mưa: kéo dài từ tháng V đến tháng X

Trong mùa mưa, lượng mưa chiếm khoảng 85%tổng lượng mưa toàn năm và phân bố khá đồng đều cho các tháng với số ngày mưa dao động từ 13 đến 15 ngày

So với toàn vùng Bán Đảo Cà Mau, lượng mưa hàng năm khu dự án thuộc loại trung bình, tại Vị Thanh 1651mm,tại Cần Thơ 1493mm

Bảng 1.5 Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm, Đơn vị: (mm)

Trạm/tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Cả năm

Vị Thanh 0 0 55.5 25.3 365.9 211.7 59.2 167.6 417.9 327.4 12.6 7.9 1651 Cần Thơ 0 0 47.4 16.3 100.8 260.3 308.4 220.2 143.9 300.7 31.7 63.3 1493

Căn cứ vào lượng mưa trung bình tháng nhiều năm cho ta thấy lượng mưa vụ Đông Xuân là không đáng kể, do vậy nhu cầu nước lớn nhất là từ tháng II để cấp nước tưới cho vụ Đông Xuân cần trữ nước ngọt cuối mùa mưa và nhờ vào các biện pháp công trình thủy lợi ngăn lũ, giữ ngọt và lấy từ kênh vào tưới cho khu vực

Vào vụ mùa, nước mưa dồi dào nên hầu như nước tưới là tự nhiên Nhưng trong vụ này lượng mưa là khá lớn nên vấn đề để tiêu thoát nước để tránh úng là vấn đề cần quan tâm hơn Tuy nhiên cũng cần đề phòng hạn Bà Chằng xảy ra vào khoảng thời gian canh tác vụ mùa

Cần lưu ý giai đoạn xâm nhập mặn lớn nhất vào cuối tháng IV đến cuối tháng

V khi lưu lượng trên dòng chính sông MeKong nhỏ nhất

Vùng hưởng lợi của tiểu dự án Ô Môn Xà No cũng như đồng bằng sông Cửu Long, hầu hết các trận mưa(trong mùa mưa) đều kéo dài từ 3 đến 5 ngày Vì Vậy trong tính toán chọn thời gian tiêu từ 3 đến5 ngày

Tần suất mưa tiêu theo cấp công trình, được chọn là P=10%

Tần suất triều ngoài sông P=25%

Bảng 1.6 Lượng mưa thiết kế 5 ngày max tần suất p= 10% ; đơn vị ( mm)

Bảng 1.7 Đặc trưng độ ngập úng khu vực dự án

TT Độ ngập ( cm) Thời gian ngập ( tháng) Diện tích ngập ( ha) Tỷ lệ (%)

1.4 ĐIỀU KIỆN GIAO THÔNG

-Mạng lưới giao thông thủy nơi đay chủ yếu là trục sông Tắc Ông Thục, kênh

Xà No, kênh Ô Môn, kênh KH8,KH9 và các kênh cấp 2 cùng với các kênh cấp 3 mới đào hoặc mở rộng Tải trọng lớn nhất của các ghe bầu qua lại khoảng 200 tấn chuyên chở cát lọai vật liệu xây dưng, hàng hóa sinh hoạt, các loại nông ngư cơ, phân bón phục vụ sản xuất nông nghiệp và nhất là chuyên chở các sản phẩm nông nghiệpđi qu giao lưu buôn bán trên thị trường Mạng lưới giao thông bộ đã và đang được khôi phục và phát triển

- Giao thông đường bộ:

+ Đường lộ vành đai dọc theo Sông Cần Thơ đến Ô Môn, đường nhựa chiều rộng 6m,hiện nay chất lượng đường đã xuống cấp

+ Trong khu vực dự án có đường nhựa rộng B=4÷6m nối từ lộ vành đai dọc theo Sông Cần Thơ tại xã Nhơn Ái đến xã Trường Long; một số đoạn đường nhựa chạy dọc theo kênh Ô Môn nối liền với tuyến đê bao

+ Ngoài ra còn các đường liên ấp với bề rộng khoảng 2,5÷3m (đường đất hoặc đá cấp phối)

+ Toàn bộ các cầu trên các tuyến giao thông nông thôn có một số cầu sắt và cầu bê tông với tải trọng cũng chỉ đạt tới H3, H4 ngoài ra còn có mốt số càu gỗ thô

sơ phục vụ cho sinh hoạt của dân cư ven các kênh rạch

1.5 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH

1.5.1 Hệ thống điện dân sinh

Đường điện dân sinh hầu như phủ khắp địa bàn khu vực Gần 100% hộ dân sử dụng điện chiếu sáng và phục vụ sản xuất nông nghiệp

1.6 PHƯƠNG HƯỚNG VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN KINH TẾ

1.6.1 Phương hướng phát triển kinh tế

Người dân trong khu vực chủ yếu sống bằng nghề nông, do đó trong hiện tại cũng như tương lai cần chú trọng đầu tư hệ thống thủy lợi hoàn chỉnh góp phần phát huy tiềm năng đất đai; chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi hợp lý; xây dựng nền kinh tế nông nghiệp tiến bộ, bền vững; cũng cố và nâng cao đời sống của nhân dân

1.6.2 Mục tiêu của dự án

Kết hợp với hệ thống đê ven sông cùng với các cống khác trong vùng tác dụng ngăn nước, giữ ngọt, tháo chua, rửa phèn tạo điều kiện phát triển kinh tế nông nghiệp

- Giữ ngọt, ngăn nước: do khu vực nằm ven sông và chịu tác động trực tiếp của triều nên hằng năm vào mùa khô thường thiếu nước ảnh hưởng rất lớn đến năng suất cũng như chất lượng các loại cây trồng, vật nuôi

- Tháo chua, rửa phèn: góp phần làm giảm độ chua, độ phèn trong đất; làm tăng

độ phì nhiêu cho đất; thúc đẩy sản xuất nông nghiệp và chuyển đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC

2.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

Diện tích lưu vực 3000ha

Cao trình trung bình mặt ruộng chọn theo cao trình mặt đất tự nhiên Zđr = +0,5m Do nhu cầu phát triển cây lúa nên ta chọn cao trình mực nước đồng cao hơn cao trình mặt đất tự nhiên một khoảng 0,05 – 0,2m

Zđ = Zđr + a = +0,5 + 0,2 = +0,7m Trong đó:

Zđr: cao trình mặt ruộng

a = 0,05 – 0,2m: độ ngập nước để cây lúa sinh trưởng

Cao trình đáy kênh: để đảm bảo giao thông thủy cao trình đáy kênh phải thấp hơn cao trình mực triều min: Zđk = Zmin - t = -0,52 – 1,98 = -2,5m

Trong đó:

Zmin: cao trình mực triều thấp nhất

t = 1,5 – 2m: độ ngập thuyền (m)

Số liệu triều: Lấy số liệu triều Rạch Giá năm 1990

BIỂU ĐỒ TRIỀU RẠCH GIÁ 1990

-0.6

-0.4

-0.2

0 0.2

Hình 2.1 Biểu đồ triều điển hình Gạch Giá năm 1990

Số liệu mưa: Sử dụng số liệu mưa tại Cần Thơ được quan trắc 30 năm từ 1980 đến 2010 để tính toán và vẽ đường tần suất xác định được lượng mưa 1 ngày max, 3 ngày max và 5 ngày max ứng với P = 10% (công trình cấp IV)

Kết quả xem phụ lục 2.2 – 2.10

Hình 2.2 Biểu đồ lượng mưa trung bình từ 1980 đến 2010

2.2.XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM TƯỚI VÀ TIÊU

2.2.1.Thời điểm tiêu nước

Dựa vào biểu đồ triều và biểu đồ lượng mưa ta thấy tháng 10 là thời điểm có chân triều cao trong mùa mưa nên ta chọn triều tháng 10 để tính toán

+ Mưa 3 ngày tiêu 5 ngày: ứng với số liệu triều từ 16/10/1984 đến 20/10/1984 +Mưa 5 ngày tiêu 7 ngày: ứng với số liệu triều từ 15/10/1984 đến 121/10/1984

2.2.2 Thời điểm tưới

Dựa vào biểu đồ triều và biểu đồ lượng mưa ta thấy tháng 3 là thời điểm có đỉnh triều thấp trong mùa khô nên ta chọn triều tháng 3 để tính toán

Hình 2.4 Biểu đồ triều tháng 2 – 1990

Dựa vào biểu đồ triều và biểu đồ lượng mưa tháng 2 – 1990 ta chọn thời điểm lấy nước bất lợi nhất là ngày 15/02/1984 có đỉnh triều thấp nhất trong mùa khô Ta tính toán tưới nước trong 3 ngày: ứng với số liệu triều từ 14/02/1990 đến 16/02/1990

2.2.3 Thời điểm tiêu năng

Chọn thời điểm tiêu năng bất lợi nhất là ngày 17/10/1990 do có chênh lệch triều (max-min) trong ngày lớn nhất, khi đó năng lượng dòng chảy qua cống là lớn nhất Tính toán tiêu năng 3 ngày từ 18/10/1984 đến 20/10/1990

2.3 XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ CỐNG

2.3.1.Bài toán tiêu

2.3.1.1.Cao trình đáy cống

Ta chọn cao trình đáy cống bằng cao trình đáy kênh: Zđc = Zđk = -2,5m

2.3.1.2.Cao trình mực nước sông Z s

Dựa vào thời điểm tiêu ta lấy số liệu triều ứng với các ngày đã chọn để tính các bài toán: mưa 1 ngày tiêu 3 ngày, mưa 3 ngày tiêu 5 ngày và mưa 5 ngày tiêu 7 ngày

2.3.1.3.Lưu lượng nước chảy qua cống

Xem cống như đập tràn đỉnh rộng Lưu lượng qua cống phụ thuộc vào tỷ lệ n

H h

n

H

h H

h

3 2 b g H o m

o

n

H

h H

: cột nước thượng lưu có lưu tốc tới gần

Để đơn giản ta có thể bỏ qua

g

v o

2 2

 lấy Ho = H = Zđ-Zđc

2.3.1.4.Thể tích nước tự chảy qua cống sau thời gian t

V = Q.t Trong đó:

V: thể tích nước tự chảy qua cống sau thời gian t (m3)

Q: lưu lượng nước chảy qua cống (m3)

V: thể tích nước chảy qua cống sau thời gian t (m3)

F: diện tích tiêu (ha)

Wtc: thể tích nước tự chảy qua cống (m3)

Do thể tích thấm và bốc hơi rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua

Q

= Zđi + Hmưa – H Trong đó:

W: Thể tích nước tiêu hao trong thời gian t

Hmưa: lượng mưa trong 1 giờ (m)

F: diện tích lưu vực tính toán (m2)

Q: lưu lượng nước chảy qua cống (m3/s)

W tc  Q 

: chiều cao lớp nước giảm xuống sau 1 giờ

Dựa vào các số liệu trên ta lập được bảng tính chế độ chảy qua cống:

Bảng 2.1 Bảng tính bài toán tiêu

(5): Ho = Zđ – Zđc: cột nước thượng lưu (m)

(6): điều kiện chảy ngập

(7): chế độ chảy qua cống

(8): lưu lượng nước chảy qua cống (m3/s)

(9): thể tích nước chảy qua cống (m3)

(10): chiều cao lớp nước giảm xuống sau 1 giờ (m)

(11): chiều cao lớp nước tăng lên do mưa trong 1 giờ (m)

2.3.2.Bài toán tưới

2.3.2.1.Cao trình mực nước sông Z s

Dựa vào thời điểm tưới ta lấy số liệu triều tương ứng với các ngày đã chọn để

tính bài toán tưới 3 ngày hoặc tưới 5 ngày

2.3.2.2Lưu lượng nước qua cống

Tương tự trường hợp bài toán tiêu

Wd = 3,6.q.Ftưới: lượng nước dùng (m3)

q: hệ số tưới (q=(1-1,2): lúa, q=(10-30): thủy sản) )

.

(

ha s l

Ftưới = 75%.F: diện tích tưới (ha)

Wtc: thể tích nước tự chảy qua cống (m3)

Q: lưu lượng chảy qua cống (m3/s)

t = 1 giờ = 3600s: thời gian chảy qua cống

z= Z_i+1 – Zđi: chênh lệch mực nước sau thời gian t

B: bề rộng kênh (m)

L=MĐK.F.10: tổng độ dài kênh (m)

F: diện tích lưu vực (m2)

MĐK: mật độ kênh (3÷4) km/km2

H: chiều cao lớp nước thay đổi sau thời gian t (m)

Mực nước đồng ban đầu khi chưa mở cống:

Trường hợp 1: Nếu Zsmax>Zđr thì Zđ1=

2 min

(5): Ho = Zs – Zđc: cột nước thượng lưu (m)

(6), (7), (8), (9): tương tự trường hợp bài toán tiêu

(10): H =

L B

Ta thấy với khẩu độ b = 6m thì cống tiêu không hết nước, còn b = 8m và b = 10m thì cống tiêu hết nước cho cả 3 bài toán tiêu và đảm bảo lượng nước cho bài toán tưới, nhưng với b = 10m thì chi phí xây dựng sẽ tốn kém Do đó ta chọn khẩu

độ cống b = 8m ứng với lưu lượng qua cống Qmax = 68,72 m3/s để tính toán

2.4.THIẾT KẾ KÊNH THƯỢNG HẠ LƯU

2.4.1Số liệu tính toán

Ta có Qtk = 68,72m3/s

Theo Agơnrotskin ta có công thức:

2808 0 5 1 6

106 2

0001.0106.24

63.73025.04

8

3 8

ln ln

2.4.2 Kiểm tra khả năng xói lở và bồi lắng của kênh

Dựa vào tài liệu địa chất ta có tốc độ không xói tới hạn là:

  0 1

.Q k

Kết luận: kênh đảm bảo yêu cầu không xói lở, bồi lắng

2.4.3 Kiểm tra khả năng tải lưu lượng qua kênh

Ta có lưu lương tải qua cống tính theo công thức:

i R C

Q  .

trong đó:

62,335.115.32211

.2

88,915.3)5.35.121()

.(

2 2

h b

m h

h m b

k k

k k k

025.0

1)

s m i

R C

Q 47,2891,88 2,730.000171,78 3/

Dựa vào phụ lục1.4 ta có kết quả sau:

+ Lưu lượng tải qua kênh lớn nhất: Qmax=68,72m3/s

+ Lưu lượng tải qua kênh nhỏ nhất: Qmin=38,05m3/s

Vậy kênh thỏa điều kiện tải lưu lượng

2.4.3.1Kiểm tra điều kiện giao thông thủy

2.4.3.1.1 Kiểm tra chiều sâu mực nước chết trong kênh

Để đảm bảo giao thông thủy, mực nước thấp nhất trong kênh phải thỏa mãn điều kiện: h  t + h

Vậy mực nước trong kênh thỏa điều kiện giao thông thủy

Hình 2.5 Điều kiện giao thông thủy

2.4.3.1.2 Kiểm tra chiều rộng đáy kênh

2

Trong đó:

B: chiều rộng đáy kênh (m)

c: chiều rộng tối đa của thuyền

c = b – 2.t = 4 – 2.0,25 = 3,5m

b: chiều rộng 1 cửa cống

t = 0,25m: khoảng cách an toàn để thuyền qua cống

d= 3m: khoảng cách giữa 2 thuyền

a = 3m: khoảng cách giữa thuyền và bờ

m: hệ số mái dốc của kênh

h: chiều sâu an toàn từ đáy thuyền đến đáy kênh

Ta có: B m 1,5.0,3 15,1m

2

335,3.2

2.4.4.Cao trình đường bờ kênh

Cao trình bờ kênh thượng lưu: ZBKTL = ZTLmax + d = +0,9 + 0,7 = +1,6

Chọn ZBKTL = +1,6m

Cao trình bờ kênh hạ lưu: ZBKTL = ZHLmax + d = +0,7 + 0,7 = +1,4

Chọn ZBKHL = +1,5m

Trong đó:

ZTLmax: cao trình mực nước thượng lưu cao nhất

ZHlmax: cao trình mực nước hạ lưu cao nhất

d = 0,6 – 0,75m: độ vượt cao an toàn

Do bờ kênh làm đường giao thông nên ta chọn cao trình bờ kênh thượng hạ lưu

ZTLmax: cao trình mực nước thượng lưu cao nhất

d = 0,5 – 0,75m: độ vượt cao an toàn

2.5.TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG

+ Nếu hc’’ = hh: là nước nhảy tại chỗ

+ Nếu hc’’ > hh: là nước nhảy phóng xa

+ Nếu hc’’ < hh: là nước nhảy ngập

Trong đó: hc’’được xác định theo phương pháp gần đúng

c=

c c

: năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu

Lập bảng tính toán ứng với thời điểm tiêu năng đã chọn tìm ra giá trị (hc

’’-hh)max từ đó xác định được lưu lượng tiêu năng QTN

Bảng 2.5 Bảng tính toán tiêu năng

Q A

Q

)

.(

: năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu (m)

2

)(

c=

c g

c F

)(

2.5.2.Tính toán bể tiêu năng

2.5.2.1 Chiều sâu đào bể

Qua tính toán tiêu năng ta xác định được (hc’’-hh)max = -0,15 < 0 nên hình thức nối tiếp sau cống là nhảy ngập Do đó ta chọn chiều sâu đào bể tiêu năng theo cấu tạo d = 0,5m Cao trình đáy bể tiêu năng: ZBTN = Zđc – 0,5 = -2,5 - 0,5 = -3m

2.5.2.2 Chiều dài bể tiêu năng

Theo công thức M.Đ.Tréctôuxốp ta có: lb =  ln + l1

Trong đó:

lb: chiều dài đào bể

 : hệ số kinh nghiệm (0,7 ÷ 0,8)

ln=4,5.hc’’: chiều dài nước nhảy

l1=lrơi-S: khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp

lrơi=1,64 H o(P0,24H o): chiều dài nằm ngang của dòng nước từ cửa công trình đến mặt cắt có hẹp

S: chiều dài nằm ngang của mái dốc đến hạ lưu công trình (do đập tràn đỉnh rộng nên S=0)

P: khoảng cách từ đáy cống đến đáy kênh (P=0 do đáy cống bằng đáy kênh)

71,2.2,1.05,

Trong đó:

Dx: chiều sâu lớn nhất hố xói

kp: hệ số kinh nghiệm lấy 1,05

Vkx: vận tốc không xói

Với đáy kênh gia cố bằng đá D>20 cm lấy Vkx = 3,48m/s

q: lưu lượng đơn vị ở cuối bể tiêu năng (m2/s)

7,225

44,

Vậy ta chọn cao trình hố xói -3,9m cho dễ bố trí

Chiều dài hố xói: lx = (9 20).dx = 9.dx = 9.1,1 =9,9m

Chọn lx = 11 m

2.6.CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN CỐNG

Chọn chiều dày trụ biên  tb=1m, trụ pin  tp=1,2m

Để đảm bảo điều kiện lưu thông chọn khổ cầu giao thông 5m, lề bộ hành rộng 1m=>Lgt = 5+ 2 = 7m

Chiều rộng cầu công tác: Lcct = 4,5m

Khoảng cách giữa 2 mép cầu giao thông và cầu công tác 1,5m

Khoảng cách giữa mép thân cống và cầu giao thông 1,5m

Khoảng cách giữa mép thân cống và cầu công tác 1,5 m

Chiều dài thân cống: L = 7 + 4,5 + 1,5 + 1,5 + 1,5 = 16m

Điều kiện hình thức cống là đập tràn đỉnh rộng:

(23).H < L < (810).H Trong đó:

Cao trình mực nước sông max: Zsmax = +0,9m

Cao trình mực nước sông min: Zsmin = -0,52m

Cao trình mực nước đồng max: Zđmax = +0,7m

Cao trình mực nước đồng min: Zđmin = -0,52m

Cao trình đáy cống: Zđc = -2,5m

Do cống nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của triều nên ta thiết kế loại cửa van phẳng tự động đóng mở hai chiều theo nguyên tắc chênh lệch mực nước trước và sau cống từ 5 – 10cm

Khẩu độ cống b = 8m chia làm 2 cửa mỗi cửa 4m có nhiệm vụ giữ nước vào mùa khô và tiêu úng, xổ phèn vào mùa mưa

3.2 KÍCH THƯỚC CỬA VAN

3.2.1 Chiều cao cửa van

Hv = Zsmax - Zđc + d = +0,9 - (-2,5) + 0,5 = 3,9m Chọn Hv = 3,9m

Trong đó:

Zđmax: cao trình mực nước sông max (m)

Zđc: cao trình đáy cống (m)

d: độ cao an toàn (m)

3.2.2 Chiều rộng cửa van

Chọn chiều rộng cửa van bằng chiều rộng 1 cửa cống: Bv = Bc = 4m

3.2.3 Chiều cao cột nước tác dụng lên cửa van

Hình 3.1 Áp lực nước tác dụng lên cửa van

Xét trường hợp bất lợi nhất là mực nước sông max, mực nước đồng thấp hơn

Để đảm bảo an toàn ta lấy cột nước tác dụng lên cửa van bằng chiều cao cửa van để tính toán Hv = 3,9m

3.3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỬA VAN

3.3.1 Tính toán dầm chính

3.3.1.1 Vị trí đặt dầm chính

Cửa van được cấu tạo bởi bản mặt bằng thép phẳng liên kết với dầm chính và dầm phụ Các dầm chính được bố trí song song với mặt nước, khi tính toán ta xem như dầm chính tựa lên 2 dầm biên đứng Các dầm phụ bố trí vuông góc và tựa lên dầm chính

Áp lực nước tác dụng lên cửa van tăng dần theo độ sâu nên để đảm bảo các dầm chịu lực bằng nhau thì khoảng cách bố trí các dầm phải giảm dần theo độ sâu

Chọn số dầm chính là 5 dầm Khi đó độ sâu phân chia các phần chịu áp lực nước bằng nhau được tính như sau:

H n

H: chiều cao cột nước tác dụng lên cửa van (m)

2

i i

ai: Khoảng cách từ đỉnh cửa van đến dầm thứ i (m)

H: chiều cao cột nước tác dụng lên cửa van (m)

2

H i

 : trọng lượng riêng của nước (T/m3)

hi: độ sâu chịu áp lực nước (m)

p: tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van (T/m)

Hình 3.2 Sơ đồ vị trí đặt dầm chính

3.3.1.3 Kết cấu dầm chính

Chọn chiều dài dầm chính bằng chiều rộng cửa van Ltt = 4m

4000 Ptt=1,059T/ m

max  p tt L tt  

3.3.1.5 Chọn thép cho dầm chính:

Chọn thép CCT34 có các thông số sau: cường độ chịu kéo R = 2100kg/cm2, cường độ chống cắt Rc = 1200kG/cm2 (theo TCVN 338:2005)

Momen chống uốn yêu cầu: 157

2100

10.3,3

Mmax: momen lớn nhất tác dụng lên dầm chính

 = 1: hệ số điều kiện làm việc

R: cường độ chịu kéo của thép

Dựa vào Wxyc tra phụ lục thép chữ I TCVN 1655:85 ta chọn thép I20 có

3.3.1.6 Khả năng chịu lực của dầm chính với sự tham gia của bản mặt

Chọn thép bản mặt có chiều dày  = 10mm = 1cm Chiều rộng bản mặt tham gia chịu lực: B = b + 30. = 10 + 30.1 = 40 cm

Hình 3.5 Sơ đồ làm việc hệ dầm - bản

Xác định trọng tâm của hệ:

A A

A y A

y

bm d

bm bm d

d

29,1640

8,26

40.5,208,26.10

40 3

+(3,71 – 0,5)2.40= 3315,8cm4

Kết quả tính toán momen chống uốn:

5,20329

,16

8,

,3

8,

,203

,893

Vậy thép đã chọn thỏa mãn về điều kiện ứng suất

3.3.1.7 Kiểm tra độ võng dầm chính:

Độ võng dầm chính:

cm L

f I

E

L M L

f

x a

tt tc

tt

00133 , 0 750

1

384

I E

L M L

f

x a

tt tc

00133 , 0 000404 ,

0 1840 10 1 , 2 384

400 10 8

4 5 , 1 5

384

5

6

5 2

tb i

a a b n h b n

Trong đó :

n = 1,1 : hệ số vượt tải

b: khoảng cách 2 dầm phụ (m)

 : trọng lượng riêng của nước

ai, ai+1: độ sâu đặt dầm thứ i, i+1 (m)

4 1

l q

.i

i i

l q

Q 

Bảng 3.2 Bảng tính toán dầm phụ

ki n.b  ai (m) ai+1 (m) qi (T/m) Li (m) Mi (T.m) Qi (T)

1 1.1 0 1.16 0.638 1.16 0.107 0.37



c yc

8,0.2012

3.3.3 Chọn thép dầm đỉnh, dầm đáy và 2 dầm biên

Chọn dầm đỉnh, dầm đáy và 2 dầm biên là thép U20 (TCVN 1654-85) Các thông số kỹ thuật:

3.3.4 Tính toán và kiểm tra bản mặt

Ta tính lại chiều dày của bản mặt theo công thức:

 = a

R n

P

)

1.(

55,0

= 0,57 P: áp lực của nước tác dụng tại tâm ô bản

80,1

57,01.(

2

186,0.75,0





Như vậy ta chọn  = 1cm là thỏa yêu cầu

Kiểm tra khả năng chịu uốn bản mặt của thép

211 1

186 , 0 55 8

3

8

3

2 2 2





 a p kG/cm2 < R = 2100 kG/cm2(thỏa)

Vậy thép bản mặt thỏa mãn điều kiện chịu uốn, nên ta chọn bản mặt thép

cm

1



 là hợp lý

3.4 TÍNH TOÁN LỰC NÂNG HẠ VAN

3.4.1 Trọng lượng cửa van

Bảng 3.3 Bảng tính toán khối lượng cửa van

Chi Tiết

Dạng Thép

Số Lượng L (m)

Tổng L (m)

G (KG/m)  G (KG)

Vậy trọng lượng cửa van G=4,5T

3.4.2 Tính toán phai bê tông cốt thép

Chiều dày phai: p = 0,3m

Do phai được đặt ngàm vào trong trụ nên chiều dài tính toán của phai được xác định theo công thức: Ltt = b + 2a = 4 + 2.0,3 = 4,6m

Trong đó :

b: bề rộng 1 cửa cống (m)

a: độ ngàm của phai vào trụ (m)

Ta chọn trọng lượng phai bằng trọng lượng cửa van: Gp = Gv = 4,5T

Do phai làm bằng bê tông cốt thép nên ta có:

Gp = Ltt. p.hp. bt = 4,6.0,3.2,5.hp = 4,5T => Chiều cao phai: hp = 1,3m

Để dễ dàng trong việc thi công, vận hành phai ta chọn chiều cao phai hp = 0,78m

Trọng lượng phai: Gp = 4,6.0,78.0,3.2,5 = 2,7T

Ta có: Gp < Gv do đó ta chọn Gv để tính toán lực nâng hạ van

78,0

4,

Gv: tổng trọng lượng cửa van (T)

f2 = 0,65: hệ số ma sát của vật liệu làm vật chắn nước và mố trụ

h: chiều sâu nước thượng lưu tính đến đáy cửa van

h = +0,9 - (-2,5) = 3,4 m

T=0,5.0,1,13 = 0,565 (T)

Vậy lực nâng cửa van: Pn = 1,1.4,5 + 1,2.0,565 = 5,6T Chọn Pn = 6T

Ta chọn máy nâng van và phai với sức nâng Q = 6 T

3.4.4 Lực hạ van

Do sử dụng cần trục để nâng chuyển cửa van nên việc hạ van xuống hoàn toàn dựa vào trọng lượng cửa van, do đó phải tìm cột nước thích hợp để hạ cửa van xuống Gọi h là cột nước trên cống thích hợp để hạ van ta có lực hạ van:

Chiều cao thông thuyền: Htt = 2m

Chiều cao cửa van: Hv = 3,9m

Chiều rộng cửa van: Bv = 4m

Chiều dày trụ pin:  tp = 1,2m

Chiều dày trụ biên:  tb = 1m

Lực nâng van: Pn = 6T

4.2 KÍCH THƯỚC CẦU CÔNG TÁC

c: chiều dài đoạn dầm consol (m)

4.2.3 Cao trình các bộ phận cầu công tác

4.2.3.1 Đỉnh dầm công tác

Zct = Zđmax + Htt + hct = +0,9 + 2 + 0,5 = +3,4m Trong đó:

Zsmax: cao trình mực nước sông max

Htt: chiều cao thông thủy (m)

hct: chiều cao dầm công tác Chọn sơ bộ hct = 0,5m

4.2.3.2 Đỉnh dầm cầu trục

Zctr = Zđmax + Htt + Hv + hat + hct = +0,9 + 2 + 3,9 + 0,5 + 0,5 = +7,8m

Trong đó:

Hv: chiều cao cửa van (m)

hat: chiều cao an toàn (m)

4.2.3.3 Đỉnh sàn mái

Zsm = Zctr + H1 + Hdđsm = +7,8 + 2,5 +0,3 = +10,6m Trong đó: H1: khoảng thông thủy của xe cần trục, chọn H1 = 2,5m

Hdđsm: chiều cao dầm đỡ sàn mái = 0,3m

(kG/m3) n

Khối lượng (kG/m2)

Tổng

KL (kG/m2)

Theo TCVN 2737:1995 hoạt tải tác dụng lên sàn mái là tải trọng tiêu chuẩn người tác dụng lên sàn mái:

1 , 5 1

Hình 4.3: Sơ đồ kết cấu nội lực sàn

Cắt theo 2 phương, mỗi phương 1 dải có bề rộng b = 1m để tính toán Sàn ngàm 4 cạnh ứng với sơ đồ 9

Chọn a => ho = h – a

m R

Diện tích cốt thép:

s

o b s

R

bh R

Bảng 4.2 Tính toán thép sàn mái

Tiết diện M

(kG.cm)

a (cm)

h0

(cm2)

Bố trí thép % Chọn thép As

Nhịp L1 19840 1,5 6,5 0,0552 0,0568 1,39 Ø6/8a200 1,97 0,3 Nhịp L2 12747 1,5 6,5 0,0355 0,0362 0,89 Ø6a200 1,42 0,22 Gối L1 45334 1,5 6,5 0,1262 0,1354 3,32 Ø10a200 3,93 0,6 Gối L2 29041 1,5 6,5 0,0809 0,0845 2,07 Ø8a200 2,52 0,39

4.3.4 Tính toán thép dầm sàn mái

4.3.4.1 Số liệu tính toán

Kích thước dầm: bxh = 30x30 cm

Tính toán dầm dọc sàn mái theo phương cạnh dài L2

Tải trọng sàn mái truyền xuống dầm theo phương L2 có dạng hình thang

5100

2100 900 2100

Hình 4.4: Sơ đồ phân tải trọng sàn

Diện tích tải hình thang lên dầm:

2

2,4.2

9,01

3 , 6

q: tổng tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên sàn

2 2

2 2

Q 0 , 3 1. 1 .Trong đó:

1



 : hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai

3 , 1 049 , 1 001256 ,

0 78 , 7 5 1 5 1



78,710.27

10.21

, 0 150 300

52 , 56

= 0,01 đối với bê tông nặng

Rb: cường độ bê tông (MPa)

24021 25

30 115 885 , 0 049 , 1 3 , 0 3 , 0 95 ,

Vậy bê tông đủ khả năng chịu nén

Kiểm tra khả năng chịu cắt:

5,506225

.2

25.30.9)

01.(

5,1 )

1.(

95,2011

2 2

kG Trong đó:

Rbt: cường độ chịu kéo của bê tông (kG/cm2)

c  cmax = 2.ho

φb4 =1,5 đối với bê tông nặng

φn : Hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dọc trục Khi không có lực nén φn = 0

Vậy bê tông đủ khả năng chịu cắt

Chọn cốt đai theo cấu tạo Ø6a150

4.4 TÍNH TOÁN SÀN CONSOL

4.4.1 Số liệu tính toán

Kích thước sàn consol như hình 4.7

Chiều dài tính toán sàn consol: Ltt = 0,8 +

2

1.0,3 = 0,95m

 : trọng lượng riêng bê tông (kG/m3)

Hoạt tải người: ptt = n.ptc.(1m) = 1,15.300.(1m) = 345 kG/m

Trong đó:

n: hệ số vượt tải

ptc = 300 kG/m2: hoạt tải người

Tổng tải trọng tác dụng lên sàn:q = gs + ptt = 210 + 345 = 555 kG/m

4.4.2 Thiết kế lan can

Chọn thép lan can và trụ lan can Ø40, dày 5mm Chiều cao trụ lan can 1m, khoảng cách giữa 2 trụ là 1m

1000

.4

).(

.4

2 2

2 2 2

d1, d2: bán kính ngoài và bán kính trong của thép (m)

 t: trọng lượng riêng của thép (kG/m3)

Do lan can truyền vào: glc = 9,7 kG/m

Trọng lượng bản thân dầm công tác:

gd = n.b.h.bt=1,05.0,25.0,5.2500 = 328 kG/m

Tổng tĩnh tải: g = gs + glc + gd = 199,5 + 9,7 + 328 = 537,2 kG/m

Hoạt tải: do sàn truyền vào: ptt = 345.0,95 = 327,8 kG/m

Hình 4.11: Sơ đồ kết cấu dầm công tác phía nhà phai

Các trường hợp tổ hợp lực:TT + HT1 ; TT + HT2; TT + HT3; TT + HT4; TT + HT5; TT + HT6; TT + HT7

Sử dụng phần mềm SAP2000 giải tìm nội lực với các trường hợp đặt tải Xem phụ lục 4.1 và 4.2 Ta được kết quả tính toán nội lực như sau:

Bảng 4.5 Nội lực dầm công tác

Dầm công tác

Vị trí Mmax(kG.m) Qmax(kG)

Phía thân cống

Gối biên 1085,92 2028,41 Gối giữa 2803,13 2576,87

Phía nhà phai

giữa 280313 5 45 0.0481 0.0493 2.28 2Ø14 3.08 0.23 Nhịp 178247 5 45 0.0306 0.0311 1.44 2Ø12 2.26 0.17