Đồ án thiết kế cống lộ thiên

—> thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngậpIII- Tính toán tiêu năng và phòng xói cho hạ lưu: 1- Trường hựp tính toán: khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất..

5- Chiều dài truyền s<

7

^sông bình thường

7'£-'sông max

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

ĐỔ ÁN MÔN HỌC THUỶ CÔNG THIẾT KẾ C ỔNG LỘ THIÊ]\

Đề sô 45

I- Tài liệu:

1- Nhiệm vụ: cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ánh hưởng thưỷ triều)

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

Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông có loại xe 8 - 10 tấn đi qua

2- Các lưu lượng và mực nước thiết kế:

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

6- Tài liệu địa chất:

7- Thời gian thi công: 2 năm.

II- Yêu cầu của đồ án:

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 vẽ khổ Al, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diệnthượng lưu, chính diện hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

THIẺT KÊ CONG LO THIÊN

A- GIỚI THIỆU CHUNG:

I- Vị trí, nhiệm vụ công trình:

1- Vị trí: ven sông Y.

2- Nhiệm vụ:

- Tiêu nước cho diện tích 30.000 ha

- Ngăn triều và giữ ngọt

II- Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

1- Cấp công trình:

Trong đó: d là độ vượt cao an toàn, lấy d = 0,7 m

Tra bảng Pl-1 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ công) tương ứng với công

trình dập bê tông trên nền đất ta có cấp công trình là cấp IV

h- Theo nhiệm vụ công trình: tra báng P2-2 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ

công) với diện tích tiêu là 30.000 ha ta có cấp công trình là cấp III

Vậy ta chọn cấp công trình là cấp III

2- Các chỉ tiêu thiết kế:

- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định, kết cấu: p = 1 %

- Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác: p = 10%

- Các hệ số vượt tải n tra Bảng Pl-4:

+ Trọng lượng bản thân công trình: 1,05

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

Mục đích:xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng

I- Tính toán kênh hạ lưu:theo phương pháp đối chiều với mặt cắt có lợi nhất

về thuỷ lực

1- Các tài liệu về kênh tiêu:

^đáy kcnh “CO ơl

— = 3,0425 -> B = 8,747 m

*,nVậy nếu ta chọn bề rộng kênh B = 10 m

Thì sẽ thoả mãn ĐK 2 < — <5

H

Vậy chon B = 10 in

II- Tính khẩu diện cống:

1- Trường hợp tính toán: chọn khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ,

cần tháo Q thiết kế

3- Xác định bề rộng cống:

Do độ cao hồi phục nhỏ nên có thể bỏ qua, lấy h = hn = 4,54 m.

Chọn b = 8 m và chia cống thành 2 khoang, mỗi khoang rộng 4 m; mố trụ dày

1 m; mố bên lượn tròn dày 0,5 m

Tính lại cpn, cp„ theo trị số của m và SQ:

80= ———= —=0,8

ỵb + ỵd 8+2

cpg = 0,5 80 + 0,5 = 0,5.0,8 + 0,5 = 0,9

—> thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngập

III- Tính toán tiêu năng và phòng xói cho hạ lưu:

1- Trường hựp tính toán: khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực

nước thượng hạ lưu là lớn nhất

Với cống tiêu vùng triều, trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất (chântriều); ở phía đồng là mực nước đã khống chế Trường hợp này thường tranh thủ mởhết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng tiêu thiết kế.Tuy nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài

2- Lưu lưựng tính toán tiêu năng:

Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nước hạ lưucống không phụ thuộc lưu lượng tháo qua cống Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhấtứng với các mực nước tính toán đã chọn ở trên

Qt = Qtiêumax = 57 m3/sKiểm tra trạng thái chảy:

2 g.(p].hị 2.g.(ơ n hy 2.9,81.0,97.1,05 2.9,81 (1,1.3,14)

- z2: chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh, tính nhu đập tràn đỉnh rộng

Ta CÓ:E0 = H0 + dGiả thiết d0 = 0,3 m —» E0 = H0 + d0 = 4,7 + 0,3 = 5 m

F(xc) =

Ọ d Er 0,95.5Ỉ/2Tra bảng 15-1 (Bảng tra thuỷ lực) ta có: x"c = 0,628; xc = 0,166

Tuy nhiên để dễ thi công, ta chọn d = 0,5 m

* Chiều dài bể tiêu năng:

Lb = Lj + Ị3.LnTrong đó:

- L,: chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng

c- BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG:

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

1- Cửa van: chọn cửa van cung

Chiều dài thân cống chọn bằng 15 m để bố trí càng van và cầu giao thông

2- Tường ngực: bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.

- Ah, T|s tính với vận tốc gió tính toán lớn nhất.

- Ah', TỊ'S tính với vận tốc gió tính toán bình quân lớn nhất

Trong đó:

- V: vận tốc gió tính toán lớn nhất, V = 28 m/s

- D: đà gió ứng với Zsôngbìnhthuừng, D = 200 m

- H: chiều sâu cột nước dưới cống, H = Zsô TK - zđc = 3,54 - (-1) = 4,54 m

- P: góc kẹp giữa trục dọc cống với hướng gió, p = 0°

Ah = 2.10'6 282,2Q0-.cos0Q = 0,007 m

9,81.4,54Giả thiết trường hợp sóng nước sâu, ta có:

- 5: độ lưu không, chọn 5 = 0,5 m

* Cao trình đỉnh tường:

^đỉnh! ^sông bình thường ^ls ^Zdinh2 = + Ah' + r|'s + a'

Ta thấy: H = 4,54 m > — = 1,78 m —> thoả mãn điều kiện sóng nước sâu.

Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo p = 5%:

- D': đà gió ứng với Zsôngmax, D' = 300 m

- H': chiều sâu cột nước dưới cống:

H' = zsôngmax - zđc = 6,15 - (-1) = 7,15 m

- P: góc kẹp giữa trục dọc cống với hướng gió, (3 = 0°

Ah' = 2.10~6 142'3_QQ-.cos0° = 0,0017 m

9,81.7,15Giả thiết trường hợp sóng nước sâu, ta có:

SỊ = 9 ’ 8121600 ,5,35.4

‘t đính tường đáy tường

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

(1)

Ợ T '

= 1,32Tra đồ thị hình 2-1 ta có: < v

h- Kết cấu tường ngực: gồm bản mặt và các dầm đỡ.

Chiều cao tường ngực:

H = - V,

GVHD: Phạm Thu Hương

Đồ án thiết kế cống lộ thiên

Bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh tường và đáy tường

Bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày chọn 0,3 m

3- Cầu công tác: là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van Chiều cao cầu công

tác được tính toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết

để đưa van ra khỏi vị trí cống khi cần Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và cáccột chống Kích thước các bộ phận:

- Chiều cao cầu: 4 m

- Bề rộng: 3m

- Kích thước cột chống: 30x40 cm

- Chiều cao lan can: 0,8 m

4- Khe phai và cầu thả phai: Bố trí ở phía đầu và phía cuối cống để ngăn

nước giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa Trên cầu thả phai cần bố tríđường ray cho cần cẩu thả phai

5- Cầu giao thông:

Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tường ngực Dầm cầu cao 50

cm, mặt cầu dầy 30 cm

Cao trình mặt cầu: Vmặtcầu = 7,2 + 0,5 + 0,3 = 8 m

Bề rộng cầu, theo yêu cầu giao thông chọn b = 6 m

6- Mố cống: bao gồm mố giữa và các mố bên Trên mố bố trí khe phai và bộ

phận đõ trục quay van cung (tai van) Chiều dày mố bên cần đủ lớn để chịu áp lựcđất nằm ngang Chọn d' = 0,5 m

Chiều cao mố = vdỉllhtườl1g - vđáy = 7,2 - (-1) = 8,2 m Đầu mố nối tiếp thuận vớitường hướng dòng

Mố giữa: cao 8,2 m; dày d = lm; đầu mố lượn tròn

7- Khe lún: khi cống rộng cần dùng khe lún để phân cống thành từng mảng

độc lập Bề rộng mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, thường không vượtquá 15 - 20 m Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang

Trường hợp cống đang thiết kế có chiều rộng 8m tương đối nhỏ nên không cần

bố trí khe lún

8- Bản đáy: chiều dài bản đáy cần thoá mãn các diều kiện thuỷ lực, ổn định

của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên Thường chọn chiều dài bản dáy từ điềukiện bố trí các kết cầu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định chống và

độ bền của nền Sơ bộ chọn L = 15 m

Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực, nó phụ thuộc vào bề rộng

II- Đường viền thấm:

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

Bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khay Kích thước bản đáycống như đã chọn ở trên Kích thước các bộ phận có thể chọn như sau:

1- Sân trước:

Vật liệu làm sân trước có thể chọn là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt théphay bitum khi có sẵn vật liệu tại chỗ (sét, á sét) thì tận dụng vật liệu này

Chieu dai san: Ls 2.H 2.(Zddng khống chế “ ^đáy kênh) 2.[3,7 - (-1)] 9,4 m

Chiều dày sân: Sơ bộ chọn t = 1 m

2- Bản cừ:

a- Vị trí đặt: khi cống chịu tác dụng của đầu nước một chiều thường đóng cừ ở

đầu bản đáy Trường hợp cống chị đầu nước 2 chiều, có thể đóng cừ ở phía có đầunước cao hơn Khi đó cần kiểm tra sự ổn định của cống khi đầu nước thay đổi

h- Chiều sâu đóng cừ: phụ thuộc vào vật liệu làm cừ, chiều dày tầng thấm và

điều kiện thi công

Chiều dày tầng thấm: T = (-1) - (-20) = 19 m > 10 m

Vậy ta chọn cừ lơ lửng: làm 2 cừ S| = 4 m, s2 = 6 m

3- Chân khay: tại hai đầu bản đáy làm chân khay cắm sâu vào lòng đất lm để

tăng ổn đinh và góp phần kéo dài đường viền thấm

4- Thoát nước thấm: các lỗ thoát nước thấm thường bố trí ở sân tiêu năng,

dưới sân khi đó phải bố trí tầng lọc ngược Đường viền thấm được tính đến vị trí bắtđầu có tầng lọc ngược

5- Sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm:

T -TLịị — Ld + m

- Ld: chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có gócnghiêng so với phương ngang > 45°

Lđ =14-1+4 + 4+1 + 1 + 6 + 6 = 24 m

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

- Ln: chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và các đoạn nghiêng góc sovới phương ngang < 45°

III- Nối tiếp cống với thượng hạ lưu:

1- Nối tiếp với thượng lưu:

Góc mở của tường về phía trước ta chọn tgô, = — —» 0, = 14° Hình thức tường

4cánh là tường thẳng nối tiếp với kênh thượng lưu

Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu có lớp phủ chống xói (bằng đá xây khan dày 0,3m) Chiều dài lớp bảo vệ ít bằng sân chống thấm Phía dưới lớp đá bảo vệ có tầngđệm bằng dăm cát dày 10 cm

2- Nối tiếp hạ lưu:

* Tường cánh: chọn phương án tường thẳng, góc mở tg02 = - —> 02 = 11°

* Sân tiêu năng: Làm bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước.

Chiều dày sân xác định theo công thức Đômbrốpxki:

* Sân sau: làm bằng đá xếp có độ gồ ghề lớn để tiêu hao nốt năng lượng còn

lại Dưới lớp đó có thể bố trí tầng lọc ngược

Chiều dài sân sau nối tiếp với kênh hạ lưu được xác định theo công thức kinhnghiệm:

LSS = K ^ Ị ỰÃH

- q: lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng.

- Đường dòng cuối cùng là biên lóp đất sét

- Đường thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu

- Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang

Theo hình vẽ ta có:

- Số dải thế: n = 21

- Số ống dòng: m = 7

2 - Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng của dòng thấm:

Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dái đường thế là:

Ah = — = ^ = 0,29 m

n 21

GVHD: Phạm Thu Hương

Đồ án thiết kế cống lộ thiênBiểu đồ áp lực thấm tác dụng lên đáy cống

- Tổng áp lực thấm tác dụng lên đáy công trình là:

- JTB: gradien cột nước trung bình trong vùng thấm

- Jịg: gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán (Tra bảng P3-2)

J = H

- H: cột nước tác dụng, H = 6,08 m

- T„: chiều sâu tính toán của nền

V ậ y : = 4+ 7T Ị 4= 14+

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

+ Hình chiếu đứng của đường viền: s0 = 7 m

+ Hình chiếu bằng của đường viền: L0 = 15 + 10 = 25 m

Ta có tỷ lệ — = — = 3,57

So 7Tra bảng 3-1 (GTTC tập 1), ta được Ttt = 2,5.SU = 2,5.7= 17,5(m)

* _ I-0,5.(S,+S2)_15-0,5.(4 + 6)_ 0556

0,5 —

+ — = 0,522_4 18

18Chiều dài sân trước là L= lOm >

L-OMS.+S,) 10-0,5.(0 + 4) 0111Tại cửa ra ta có:

ạra = 0,44 + -ị = 0,44 + — = 0,493

Vậy: = 0,979 + 0,556 + 0,522 + 0,444 + 0,493 =2,994

6,0817,5.2,994

GVHD: Phạm Thu Hương

Đồ án thiết kế cống lộ thiên

- Jr: gradien thấm ở cửa ra, Jr = 0,368

- Jk: gradien thấm tới hạn cục bộ Có thể xác định theo biểu đồ theo thông sốkhông đều của đất

^ = _2ĩi = 8

d i0 0,05Tra bảng 3-1 ta có: Jk = 0,63

Vậy Jr = 0,368 < Jk = 0,63 —> thoá mãn ổn dịnh thấm cục bộ.

E- TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG:

/- Mục đích và trường hợp tính toán:

1- Mục đích: kiểm tra ổn định cống về trượt, lật, đẩy nổi.

2- Trường hựp tính toán: tính với chênh lệch cột nước thượng hạ lưu cống lớn

nhất, tính cho một mảng

II- Tính toán ổn định trượt:

1- Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán:

a- Các lực đứng: trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cửa

van, tường ngực, mố cống, bản đáy, nước trong cống và các lực đẩy ngược

h- Các lực nqanq: áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực đất chủ dộng ở chân khay

thượng lưu, áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu

* Trong lương bản dáy cống:

* Trong lương mổ:

Gmô- = 2.2,4.1.15.8,2 = 590,4 T

* Trong lương cáu giao thông:

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

- Chiều dài cầu: Lc = B = 10 m

- Diện tích mặt cắt ngang cầu: F = 2,41 m2

-> Gcẩu = yb.F.B = 2,4.2,41.10 = 57,86 T

* Trong lương tường ngực:

- Chiều dài tường: Lt = Zb = 8 m

- Diện tích mặt cắt ngang tường:

F = Ft = 3,0.0,3 + 2.0,4.0,3 = 1,14 m2-> Gt = F,.L,.yb = 1,14.8.2,4 = 21,89 T

* Trong lương cầu cổng tác:

- Chiều dài cầu công tác: Lct = B = 10 m

0,61 1

1 + 0,61

■

* Trong lương van:

Đối với van chuyển động trượt:

g = 600.(ựív7 -1)

- g: trọng lượng trung bình của một m2 cửa van

- H0: cột nước tính đến trung tâm lỗ cống

M 7 1 s

H0 = — = —— = 3,575 m

2 2-1: chiều rộng lỗ cống, 1 = 4 m

4

6

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

trong bản đáy cống Trong đồ án này chỉ yêu cầu xác định sơ đồ ngoại lực để tínhkết cấu bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi

2- Trường hợp tính toán:

- Khi mực nước đồng max, mực nước sông min, tháo lưu lượng Qmax

- Khi mực nước sông max, mực nước đồng min, đóng cửa van

- Trường hợp mực nước đồng max, mực nước sông min kết hợp với động đất

^sông max — 6,15 m: Z(j(5ng mjn 0,07 m

3- Chọn băng tính toán:

Việc tính toán bản đáy cống cần tiến hành cho các băng khác nhau (gọi băng

là phần cống có chiều rộng lm, giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy quacống)

Trong dồ án này chỉ yêu cầu tính một băng ở sau cửa van

II- Tính ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn:

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

Trường hợp cống gồm nhiều mảng ngăn cách bởi các khớp lún thì việc tính kếtcấu cũng tiến hành cho từng mảng độc lập Trên một băng của mảng, các ngoại lựctác dụng lên bản đáy bao gồm lực tập trung từ các mố, lực phân bố trên băng và cáctải trọng bên

Xét một băng ở giữa mố như hình vẽ:

Ta có: pk| = 20,88 T/m2; pk2 = 22,42 T/m2

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

Cuối cùng lực của mố truyền cho bản đáy được coi là lực tập trung có trị sốnhư sau:

P'k = Pk-b.dTrong đó:

- b: bề rộng của băng tính toán, b = 1 m

- d: chiều dày mố ở bản đáy, d = 1 m

->P', = 20,88.1.1 =20,88 T

2- Các lực phân bô trên băng:

- Trọng lượng nước trong cống:

= 38,78 = 36,63 T

Đồ án thiết kế cống lộ thiên GVHD: Phạm Thu Hương

_ ỵF n,-y\ + F d-yi _ 16,4.4,6 + 10.0,5 = 3 05 m

£ F m +F d 16,4 + 10->s? = 4.1.-.5,152 = 53,045 (m3)

Phân phối Q cho mố và bản đáy:

A

Qm = Q.

Ẩ, + Ẩ-,

Qd = Q - Qm = 38,78 - 36,63 = 2,15 TPhân Qm cho các mố theo tỷ lệ diện tích:

P"klkl = ^-.Q m = —.36,63 = 9,16 T SF„, m 16,4

P"k2k2 = zẼr-Q m = —.36,63 = 18,31 T

16,4 đều cho bản đáy:

ỡ^= 245 = 0,215 T/m2.1 10

Qua quá trình làm đồ án, tuy với kiến thức thực tế còn hạn chế và thời gian làm

đồ án không nhiều, nhưng dưới sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Phạm Thu Hương,

em đã hoàn thành đồ án này và nắm được nhiều kiến thức đã học trên lớp

Hà nội, ngày 29 tháng 9 năm 2004

Sinh viên Nguyễn Phụ Luân